CC BY
84
УДК 712 ТИГАНОВА И. А.
Индекс водного баланса застраиваемой территории
В статье рассматриваются вопросы создания комфортного микроклимата для жизнедеятельности человека в условиях антропогенной среды проживания (городской среды) с точки зрения водно-теплового баланса техногенных ландшафтов. Приводится анализ существующего положения в области организации поверхностного стока и благоустройства. Вводится новое понятие «индекс водного баланса ландшафта» — Index, который может служить инструментом для проектирования экологически обоснованного благоустройства жилого пространства и определения объема компенсационных мероприятий, поддерживающих комфортный для человека микроклимат городской среды.
Ключевые слова: микроклимат городской среды, поверхностный сток, водно-тепловой баланс, инфильтрация атмосферных осадков, компенсационные мероприятия.
TIGANOVA I. A.
WATER -BALAN CE-INDEX OF A NEW BUILDING AREA
The article considers issues of comfort urban microclimate in the view of water balance of a landscape and prevention of the Urban Heat Island-Effect. Evaluation of current surface drainage systems and the development of an area. Author enters the Water-balance-Index as a tool to determine the category of a landscape and the value of compensatory measures to save natural water balance of a landscape and to improve comfort conditions at urban environment.
Keywords: the urban microclimate, surface drainage system, water-heat balance of a landscape, an infiltration of precipitation, compensatory measures.
Тиганова
Ирина
Александровна
аспирант кафедры городского строительства УрФУ
e-mail: i.a.tiganova@ustu.ru
Стандартный, повсеместно практикуемый подход к инженерному благоустройству городских территорий предусматривает так называемое «зачеканивание» поверхностного слоя земли в асфальт. Совместно с дренажными системами инженерной подготовки, а также последующей работой коммунальных сетей это ковровое асфальтирование оказывает угнетающее воздействие не только на застроенные ландшафты самих жилых образований, но и на нетронутые застройкой прилегающие к городу биотопы. «Одетые» в асфальт площади влекут за собой прерывание доступа кислорода и влаги в верхний плодородный слой, что, в свою очередь, нарушает ход естественных процессов. Как следствие, гибнут микроорганизмы и растения, почва превращается в «неживой» строительный материал, а ландшафт обретает техногенный характер [1]. Помимо экологических составляющих существует понятие комфортного микроклимата, направленное на создание благоприятных условий для жизнедеятельности человека в условиях антропогенной среды.
Вышеобозначенное техногенное влияние благоустройства и инженерной подготовки на окружающую среду приводит ее к так называемому «биоклиматическому стрессу», который затрагивает не только флору, фауну, грунты и ландшафты в целом, но и человека. В европейской градостроительной практике такая «пере-
гретая» городская среда — феномен, известный как «Urban Heat Island-Effect».
Принцип стопроцентного водоотвода в инженерном благоустройстве города вызывает также проблему затоплений городских и прилегающих к городу территорий. В период интенсивных дождей и паводков в результате быстрого и прямого попадания поверхностного стока в городские водоотводящие системы (когда коэффициент поверхностного стока приближается к единице) происходит затопление дневной поверхности городских улиц, неконтролируемое переполнение дождевой канализации и водных источников, а также затопление прибрежных районов населенных пунктов (затопление Европы в 2002, 2012, 2013 гг.). В России переполнение дождевой канализации в том числе связано и с ее проектными характеристиками, когда в результате экономической составляющей действующими нормами предполагается закладывать закрытую ливневую канализацию на расчетную интенсивность дождя определенной повторяемости в зависимости от категории канализуемого объекта, а не на самый неблагоприятный результат.
В отечественной градостроительной практике изменения поверхностного стока в результате техногенного воздействия оцениваются только с точки зрения загрязнения. Утверждение: «чем больше осадков остается на площадке, тем лучше» является негласным и в нормах
* , Ф'". и ГЩЯШШ
1*4 ВННь' е г ■Р' ■ ’ • ' • ■'% ИЩ . ; 7 ; уф
Иллюстрация 1. Примеры водопоглотительных устройств, реализованных в жилом районе «Badener Hof», г. Хайльбронн, Баден-Вюртемберг, Германия (фото В. Г Шауфлер): а — линейная фильтрующая траншея, размещенная параллельно с тротуаром; б — локальное понижение поверхности с устройством фильтрующей мульды (ваннообразной формы рельефа) со сбросом поверхностного стока со спортплощадки; в — локальное понижение поверхности с устройством фильтрующей мульды со сбросом воды с крыш; г — специфическая растительность, укрепляющая грунтовое основание траншеи, способствующая увеличению водопоглотительных свойств задерживающей системы и привносящая в жилую среду эстетику природного ландшафта
не оговаривается. Подкрепить это утверждение косвенно можно следующими аргументами экономического характера: сокращение объема отводимого с территории поверхностного стока (уменьшение коэффициента стока) приводит к снижению нагрузки на очистные сооружения, согласно СНиП 2.04.03-85 «Канализация. Наружные сети и сооружения» для селитебных территорий не менее 70 % годового стока должно быть очищено перед выпуском в водный объект. Баланс покрытий и, соответственно, объем поверхностного стока диктуют планировка и благоустройство, поэтому нерациональное применение водонепроницаемых покрытий (асфальта) может быть необоснованным, так как приводит к увеличению нагрузки на систему дождевой канализации в целом и очистные сооружения в частности.
На территории нашей страны, в большей степени сложенной слабо-фильтрующими грунтами, застроенные территории с развитой системой коммунальных сетей чаще приводят к техногенному подтоплению городской территории, чем к их иссушению. Эта проблема не только экономическая (неэффективно расходуются дорогостоящие природные ресурсы), но и экологическая, когда, например, меняется химический состав грунтовых вод. Ввиду однозначно отрицательного воздействия утечек на окружающую среду, а также
с внедрением энергоэффективных программ и с приходом новых технологий и материалов можно ожидать в перспективе снижение потерь из во-донесущих сетей вплоть до полного их исчезновения. В результате чего появляется опасность столкнуться с экологическими проблемами, связанными опять-таки с иссушением техногенных ландшафтов.
Таким образом, в России, как и в Западной Европе, налицо тенденция к дестабилизации воднотеплового баланса техногенных ландшафтов как в сторону иссушения, так и в сторону переувлажнения (затопления территорий).
Итак, гармоничное, устойчивое развитие городских территорий должно предусматривать защиту ландшафтов и от затопления, и от иссушения. Иными словами, скорость поверхностного водоотвода в техногенных ландшафтах должна быть приближена к скорости поверхностного водоотвода на нетронутых природных территориях.
В настоящее время перед урбанистами и городскими муниципалитетами, наряду с вопросами транспорта, снабжения коммунальными ресурсами, санитарной очистки и прочими проблемами современного города, встает вопрос поддержания благоприятных условий для проживания человека в условиях плотной городской застройки, т. е. создания комфортного микроклимата. Микроклимат город-
ских территорий может быть сохранен или улучшен в результате комплекса компенсационных мероприятий. Эти мероприятия включают в себя экологически оправданные концепции планировки, увеличение доли зеленых насаждений, вызывающих охлаждающие воздушные потоки, а также применение в городской застроенной среде компенсационных устройств, «задерживающих» атмосферные осадки и обеспечивающих охлаждающее испарение с поверхностей (Иллюстрация 1). Основной идеологией здесь является стремление задержать максимальное количество атмосферных осадков именно в месте их выпадения, путем применения особых видов зеленых насаждений и методов озеленения, а также внедрения в системы инженерного благоустройства специальных фильтрующих или испаряющих устройств [2].
Проектировщику-практику следует как бы «настроить» проектируемое благоустройство жилого образования на характерный для данной территории водно-тепловой баланс ландшафта. При этом важно в равной мере учесть как природные характеристики, так и техногенное влияние сложившегося окружения. Исходя из этого, возникает задача исследования факторов техногенного окружения и разработки метода оценки площадки по признаку принадлежности ее к тому или иному типу водно-теплового баланса. Так, территории с явно выраженной тенденцией к иссушению должны получать компенсационные устройства, «задерживающие» атмосферные осадки и обеспечивающие их инфильтрацию в грунт на месте выпадения, а площадки, склонные к подтоплению, — компенсационные устройства, «задерживающие» атмосферные осадки и обеспечивающие «охлаждающее испарение» с поверхностей без инфильтрации воды в грунт.
Для оценки водно-теплового состояния ландшафта существуют различные методики, от натурных обследований до аналитических приемов. Одним из таких способов является решение так называемого водобалансового уравнения, которое согласно [3] имеет следующий вид:
К +Ж0 + Qп + р =
= 0о + Рн + И + Т + В + Д + Д V,
где Жп — суммарная инфильтрация за счет утечек из подземных коммуникаций, впитывания атмосферных осадков на участках перераспределения поверхностного стока и поливных вод;
WB — инфильтрация осадков на участках с ненарушенным при застройке поверхностным стоком;
Qn — боковой приток на рассматриваемую площадь с соседней территории;
Рв — приток из нижележащего водоносного горизонта;
Q0 — боковой отток с рассматриваемой площади на соседнюю территорию;
Рн — отток в нижележащий водоносный горизонт;
И — испарение грунтовых вод;
Т — транспирация грунтовых вод;
В — расход на водоснабжение;
Д — расход в дренажи;
Д V — изменение статических запасов грунтовых вод.
По типу происхождения факторы могут быть, как уже говорилось, природного и техногенного характера. К естественным факторам относятся: выпадение атмосферных осадков, транспирация, испарение влаги с поверхностей и инфильтрация ее в грунт. К техногенным: утечки из водонесу-щих сетей, полив зеленых насаждений, мойка улиц, канализование и дренирование грунтового массива, забор грунтовых вод для нужд водоснабжения, а также тип и возраст сложившейся застройки непосредственного окружения и связанный с этим процент участков в жилой среде, с которых не обеспечен поверхностный сток. Последний обозначен автором как «коэффициент бессточных участков» или, в простом изложении, «лужность» застройки (коэффициент «лужности»).
Все параметры уравнения водного баланса можно отнести к питающим и разгрузочным, а отношение этих параметров может характеризовать «водобалансовую емкость» ландшафта, которая, в свою очередь, дает понимание — «справляется» ли исследуемый ландшафт с объемом поступающих вод либо происходит перенасыщение или же, наоборот, иссушение территории.
На основе вышесказанного автором был введен «индекс водного баланса ландшафта» — Index, который характеризует способность ландшафта «поглощать» выпавшие на этой территории осадки с учетом техногенного питания грунтовых вод. Количественно эту величину, исходя из уравнения водного баланса, предлагается определять отношением «условного объема питания» ландшафта к «условному потенциалу поглощения»:
Index = E/P,
где E — условный объем питания; P — условный потенциал
поглощения, которые соответственно равны сумме питающих (W + W0 + Qn + Px) и поглощающих (Q0 + PH + И + Т + В + Д + Д V) составляющих в миллиметрах слоя воды (метеорологических).
При определении индекса водного баланса особую роль играет учет техногенных характеристик окружающей городской среды, исследование которых представляется автору наиболее актуальной задачей.
Значение величины индекса водного баланса характеризует водобалансовое состояние ландшафта, а значит, может служить инструментом для проведения анализа и выявления типа благоустройства по предложенной автором классификации: задерживающий воду тип; нормальный; отводящий воду с участка [1], а также определения объема компенсационных мероприятий.
Таким образом, когда условный объем питания равен условному потенциалу поглощения, а Index равен единице, это свидетельствует о том, что при заданных параметрах инженерного благоустройства ландшафт имеет стабильное состояние, находится в водобалансовом равновесии и соответствует типу благоустройства «В-0».
При значениях Index более единицы на территорию поступает больше влаги, чем ландшафт может «поглотить», а значит, имеет тенденцию «на перенасыщение» и относится к типу благоустройства «В-minus». В этом случае задачей является приведение ландшафта в равновесное состояние путем увеличения его водобалансовой емкости и снижение риска развития подтопления.
При значениях Index менее единицы условный потенциал поглощения превышает условный объем питания, а ландшафт имеет тенденцию «на иссушение», такое инженерное благоустройство относится к типу «В-plus». В случае если рассматривается техногенный ландшафт, то требуются компенсационные мероприятия по задержанию влаги для приведения водного баланса в равновесие, в отличие от природного ландшафта, когда любое естественное состояние является наиболее сбалансированным и благоприятным для данной территории и не требует специальных (с точки зрения водно-теплового баланса) мероприятий.
Итак, Index водного баланса ландшафта позволяет разработать компенсационные мероприятия индивидуально для каждой площадки в зависимости от климатических, гео-
морфологических, гидрогеологических и экологических условий, а также характеристик сложившегося окружения. Санитарно-гигиенические требования, предъявляемые к той или иной территории, остаются во всех случаях подлежащими исполнению. Например, вода с крыш является условно чистой и должна оставаться на территории, вода с проездов, смешанная с нефтепродуктами, — отводиться на очистные сооружения.
При определении объема инфиль-трующих или испаряющих компенсационных устройств необходимо учитывать: количество осадков; глубину промерзания грунтов; особенности рельефа — величину уклонов поверхности, наличие бессточных участков; фильтрационные свойства грунтов, слагающих площадку; уровень грунтовых вод и т. д. При этом методы и сами компенсационные конструкции должны подчиняться архитектурной концепции и планировке, гармонично интегрироваться в инженерное благоустройство и создавать в жилой среде некую природную эстетику. На основании расчета индекса водного баланса ландшафта могут быть даны рекомендации по оптимальному количественному соотношению проектируемых водопроницаемых и водонепроницаемых поверхностей, а в случае необходимости по объему специальных компенсационных устройств.
Заключение
Для создания комфортной для проживания человека городской среды нужны экологические методы ее строительства, которые должны стремиться поддержать естественный водный баланс территории. Предложенный «индекс водного баланса ландшафта» может служить инструментом для решения этой проблемы при проектировании инженерного благоустройства городских территорий.
Список использованной литературы
1 Тиганова И. А. Влияние инженерного обеспечения застраиваемых территорий на водный баланс техногенных ландшафтов [Электронный ресурс] // Архитектон. Известия вузов. 2012. № 3 (39). URL: http://archvuz.ru/ 2012_3/ 13.
2 Überflutungsvorsorge. StadtKlima: Kommunale Strategien und Potenziale zum Klimawandel. ExWoSt-Informationen 39/4-04/2013.
3 Смирнов Р. А., Богданов В. И., Гры-за А. А. и др. Гидрогеологические изыскания на застроенных территориях : практ. пособие. Киев, 1973.
