CC BY
80
АРХИТЕКТУРА И ГРАДОСТРОИТЕЛЬСТВО. РЕКОНСТРУКЦИЯ И РЕСТАВРАЦИЯ
НАУЧНАЯ СТАТЬЯ / RESEARCH PAPER УДК 711:556.13
DOI: 10.22227/1997-0935.2022.11.1429-1452
Зеленая инфраструктура как инструмент управления
ливневыми водами
Елена Юрьевна Зайкова, София Сергеевна Феофанова
Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет
(НИУ МГСУ); г. Москва, Россия
АННОТАЦИЯ
Введение. Глобальное потепление привело к значительному увеличению интенсивных медленно движущихся ливней. Поэтому во всем мире проводится политика смягчения последствий изменения климата через управление ливневыми водами на городских территориях. Рациональное управление ливневыми водами могло бы повлиять на снижение эффекта теплового острова и «остудить» города.
Материалы и методы. Проведен анализ функций зеленых насаждений в городе и на конкретном примере продемонстрирована возможность внедрения элементов зеленой инфраструктуры, отмечены потенциальные выгоды моделирования процессов подобных решений в российских городах.
Результаты. Для широкого применения в населенных пунктах авторы рекомендуют три основные типа сооружений: биодренажная канава, биофильтрационный склон и дождевой сад, основанные на технологии биоремедиа-ции — метаболическом потенциале биологических объектов — высших растений и микроорганизмов. Целью такого «зеленого» подхода является поддержание естественного гидрологического баланса территории и деградация загрязнений за счет использования свойств почвы и растений. Также при благоустройстве территории предлагается е ф применять несколько вариантов ливневых систем, которые взаимодополняют друг друга и монтируются совместно ^ 2 из полимерных материалов, обеспечивающих лучшую пропускную способность ливневой воды. Исследования до- к и казывают, что при правильном анализе участка с градостроительной, инженерной и ландшафтной стороны, а также *
Автор, ответственный за переписку: София Сергеевна Феофанова, [email protected].
Green infrastructure as a stormwater management tool
< П
о
ответственном подборе растений местной флоры, биодренажные системы могут хорошо работать даже в регионах с холодным климатом, например в России.
Выводы. Действующие объекты транспортной и промышленной инфраструктуры, рассмотренные в авторском ви- • у
дении применения гибридных моделей зеленой инфраструктуры с соответствующими расчетами по возможностям О и количеству собираемой, транспортируемой и аккумулируемой дождевой и поверхностной воды, могут активно по- о М
влиять на корректировку нормативных показателей, а самое главное — на создание узнаваемого благоустройства 1 о
с включением природных биотопов разной структуры и гидрофильности в целях комфортной и устойчивой среды 2 9
проживания в российских городах. о 7
Г 1 о
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: зеленая инфраструктура, серая инфраструктура, биофильтрационный склон, биодренажная о 3 канава, гибридный дождевой сад, проницаемые покрытия, управление ливневыми водами о (
О 5
ДЛЯ ЦИТИРОВАНИЯ: Зайкова Е.Ю., Феофанова С.С. Зеленая инфраструктура как инструмент управления ливне- о ^ выми водами // Вестник МГСУ. 2022. Т. 17. Вып. 11. С. 1429-1452. DOI: 10.22227/1997-0935.2022.11.1429-1452 ^ ~
со со
n ш 0
Г œ c Я
h о
cd cd
Elena Yu. Zaykova, Sofiia S. Feofanova 11
Moscow State University of Civil Engineering (National Research University) (MGSU);
Moscow, Russian Federation
U M
ABSTRACT m 2
Introduction. Global warming has intensified slow moving rainfalls. Climate change mitigation and adaptation policies are 2 .
implemented around the world through stormwater management in urban areas. Rational stormwater management could 7 n
affect the reduction in the "heat island" effect and "cool" the cities. I E
Materials and methods. The authors analyzed the functions of green spaces in a city, demonstrated the feasibility of introduc- $ y
ing elements of green infrastructure, and emphasized the potential benefits of simulating the processes that demonstrate such e 0
solutions in our cities. 1 1
Results. The authors recommend the following three principal types of structures that can be widely used in urban areas. , ,
They are a biological drainage ditch, a biological filtration slope and a rain garden, each employing the bioremediation 2 2
technology, or the metabolic potential of biological objects, such as higher plants and microorganisms. The purpose of such 2 2
a "green" approach is to maintain the natural hydrological balance in a territory and ensure the degradation of pollutions 2 M by taking advantage of soil and plant properties. Also, when the territory is landscaped, the authors propose to use several
© Е.Ю. Зайкова, С.С. Феофанова, 2022
Распространяется на основании Creative Commons Attribution Non-Commercial (CC BY-NC)
options of storm water systems that complement each other and are mounted together from polymer materials to ensure a better stormwater throughput capacity.
Conclusions. The research, conducted by the authors, has proven that proper urban planning, engineering and landscape analysis of an area, coupled with a scrupulous selection of local plants, ensure the operation of biological drainage systems even in cold climates, similar to Russia.
KEYWORDS: green infrastructure, gray infrastructure, biological filtration slope, biological drainage ditch, hybrid rain garden, permeable coatings, stormwater management
FOR CITATION: Zaykova E.Yu., Feofanova S.S. Green infrastructure as a stormwater management tool. Vestnik MGSU [Monthly Journal on Construction and Architecture]. 2022; 17(11):1429-1452. DOI: 10.22227/1997-0935.2022.11.1429-1452 (rus.).
Corresponding author: Sofiia S. Feofanova, [email protected].
N N N N О О N N
¡É (V U 3 > (Л
с и m N
i! л?
<D ф
о ё
о о со со
I
о со сч
(Л
ю
.Е о CL О
^ с Ю о
s «
о Е с5 °
СП ^ т- ^
s
4L J
S2 =3
О (П
ВВЕДЕНИЕ
В отчете за 2018 г. Всемирная метеорологическая организация (ВМО) сообщила об увеличении количества атмосферных осадков1 более чем на 10 %. ВМО также прогнозирует их увеличение почти до 50 % на период 2020-2026 гг. Экстремальные погодные явления становятся новой нормой и несут на себе отпечаток антропогенного изменения климата, считает Генеральный секретарь ВМО Петтери Таалас2.
Москва входит в топ-3 городов с максимальным повышением температуры. За последние 50 лет произошло увеличение на 1 °С3. Наибольшие повышения также отмечаются в Тегеране (+2,33 °С) и Калькутте (+2,6 °С). Разница в наблюдаемых тенденциях потепления между городами и их окрестностями частично объясняется урбанизацией: геометрия города снижает интенсивность природной вентиляции территорий, промышленность и другая антропогенная деятельность повышают общую температуру города. В то время как менее плотно застроенные территории с большим количеством зеленых насаждений и водными объектами не имеют эффекта городского теплового острова.
По оценкам ученых [1], при потеплении на один градус по Цельсию содержание влаги в атмосфере увеличивается на 7 %. Таким образом в природе консервируется избыточная тепловая энергия. Изменение климата привело к значительному увеличению интенсивных медленно движущихся ливней. Под руководством доктора Х. Фау-лер из инженерной школы университета Ньюкасла исследователи проанализировали климатические модели ВМО [2]. Они обнаружили, что более медленное движение штормов приводит к возрастанию количества осадков, которые увеличивают риск наводнений сверх ожидаемого, на основе предыдущих исследований. Такие гидрометеорологи-
ческие явления признаются опасными4 из-за своей продолжительности и интенсивности, представляющие угрозу безопасности людей, а также наносящие значительный ущерб социальной, инженерной и транспортной инфраструктурам.
Представленные выводы ученых повлияли на политику смягчения последствий изменения климата и адаптации к ним во всем мире. Авторами проведен поиск патентов с помощью ключевых слов и словосочетаний: зеленая инфраструктура, управление ливневыми водами, экосистемные услуги, green infrastructure, urban stormwater management, ecosystem services.
По времени регистрации патентов получился небольшой разброс: все они зарегистрированы в течение последних восьми лет, начиная с 2014 г. и до настоящего времени. По результатам можно предположить, что данная тема поиска очень актуальна в Южной Корее, Китае, США и РФ (рис. 1). Непосредственно по теме исследования было обнаружено несколько патентов. Все остальные опосредованно связаны с управлением ливневыми водами в городском ландшафте. В основном найденные патенты решают технические задачи, такие как: быстрый отвод ливневых вод с городских территорий, очистка дождевой воды различными способами, определение типов и оценка зеленой инфраструктуры города.
Зеленым насаждениям всегда отводилась важная роль на улицах, но прежде их использовали только для создания эстетического окружения. Сейчас зеленая инфраструктура рассматривается как фактор обеспечения устойчивого развития города [3] со своими функциями (табл. 1).
Площади зеленых насаждений удерживают ливневую воду, принимают дополнительный сток с непроницаемых поверхностей и обменивают всю полученную воду на углекислый газ из воздуха. Такой обмен называется транспирацией.
1 2018 Annual Report WMO for the Twenty-first Century. URL: https://library.wmo.int/doc_num.php?explnum_id=6264
2 Доклад Всемирной метеорологической организации о климатической ситуации в мире. 2021. URL: https://public.wmo. int/ru/media/пресс-релизыI/состояние-климата-в-2021-году-
3 Sixth assessment report Regional fact sheet — Urban Areas. URL: https://www.ipcc.ch/report/ar6/wg1/downloads/factsheets/ IPCC_AR6_WGI_Regional_Fact_Sheet_Urban_areas.pdf
4 О гидрометеорологической службе : Федеральный закон от 19.07.1998 № 113-Ф3 (последняя редакция). URL: https:// docs.cntd.ru/document/901713128
Устройство очищения дождевой воды на дорогах Rainwater purification device on roads
Подсчет единиц зеленой инфраструктуры Counting green infrastructure units
Оценка индекса емкости хранилища поверхностного стока зеленой инфраструктуры Assessment of the index of storage capacity of surface runoff of green infrastructure
Патенты на механическую очистку и повторное использование дождевой воды
в ЖКХ и промышленности Patents for mechanical cleaning and reuse of rainwater in housing and communal services and industry
Программа ЭВМ расчета платы за HBOC Computer program for calculating fees for negative environmental impact
Программа определения параметров ливней на основе метеорологических данных The program for determining the parameters of rain storms based on meteorological data
Механическая фильтрация воздуха от дороги Mechanical filtration of air from the road
«Зеленые» цементные блоки (зола угля от ЭС) "Green" cement blocks (coal ash from power plants)
Программа мониторинга состояния «серой инфраструктуры» Program for monitoring the condition of the "mechanical infrastructure"
Рис. 1. Патентно-информационный анализ общемирового опыта в использовании зеленой инфраструктуры (рисунок авторов)
Fig. 1. Patent and information analysis of global experience in the use of green infrastructure (authors' scheme)
Табл. 1. Функции зеленых насаждений в городе Table 1. Functions of green spaces in a city
< П
i н g Г
S 2
0 со
n CO
1 «
« -ь J со
U -
r I
П о
«s o «
o7 О n
со
CO
l\J со
0
1
CD CD О
о
Функция Function
Описание Description
Обозначение Symbol
ая
к —
t3 ta
с сл
о
О
Защита от перегрева солнечными лучами и регулирование температуры в городе [4] Protection from overheating from sunlight and temperature regulation in the city [4]
Защитная Protective
Обеспечение безопасности движения пешеходов, создание защитной буферной зоны от транспортного потока [5] Ensuring pedestrian traffic safety, creating a protective buffer zone from car traffic [5]
Защита от чрезмерного шума [6] Protection against excessive noise [6]
cn
• )
ft f
-J 00
I T s □
s У с о <D *
Ы 10
о о
10 10
10 10
Окончание табл. 1 / End of the Table 1
Функция Function
Описание Description
Обозначение Symbol
3
к —
Й -SS
5 с
6 ^
о О
Психологическая Psychological
Придание современной застройке понятного человеческого масштаба и повышение идентичности места [7, 8] Giving a modern housing an understandable human scale and raising the identity of the place [7, 8]
Визуальная Visual
Помощь при ориентировании в городе и указание направлений движения пешеходов [4] Help with orientation in the city and indication of pedestrian directions [4]
Стимулирующая Promotional
Совершенствование туристической и рекреационной инфраструктуры [9, 10] Improvement of tourist and recreational infrastructure [9, 10]
Увеличение ценности земли [4] Increasing the cost of land [4]
Ценообразующая Pricing
Долгосрочность использования зеленых насаждений снижает затраты на посадку новых растений [11, 12] The long-term use of green spaces reduces the cost of planting new plants [11, 12]
о
л £
Санитарно-гигиеническая Sanitary and hygienic
Сокращение поступления пыли, газов, CO2, улучшение микроклимата [13, 14] Reducing the ingress of dust, gases, CO2, improving the microclimate [13, 14]
Улучшение качества воды [15] Improving water quality [15]
Биодренажная Biological drainage
Отведение ливневых вод и повторное использование в естественной среде, фильтрация осадков через почву [16, 17] Drainage of stormwater and reuse in the natural environment, filtration of precipitation through the soil [16, 17]
Уменьшение риска наводнений [18, 19] Flood risk reduction [18, 19]
Данные по дневному расходу воды на транспира-цию целым древесным растением дают возможность рекомендовать деревья и кустарники, отличающиеся по количеству дневного расходования воды на транспирацию, для рациональной посадки на участках с различной водообеспеченностью, что благополучно скажется на качестве среды жизнедеятельности человека.
Международный опыт развитых стран показывает, что градостроительная сфера аккумулирует географические, технологические, социальные и политические процессы, позволяя тем самым обеспечивать синергетический эффект от их взаимодействия, что наиболее благоприятно влияет на устойчивое развитие городской среды и рациональное природопользование. Однако устойчивое развитие городских территорий под угрозой из-за последствий изменения климата.
Несмотря на большое количество исследований в этой области, в России не происходит значительных изменений в адаптации городской среды к ливням и жаре. Существующие природные и озелененные территории в условиях города имеют меньшую площадь по сравнению с застроенной территорией5, а при проведении благоустройства в городах России элементы зеленой инфраструктуры и открытого дренажа не применяются, так как это не предусмотрено в нормативных документах любого уровня. Аномальная жара за последние годы негативно повлияла на степень тяжести течения заболевания коронавирусом, его последствий и привела к обострению в первую очередь заболеваний сердечно-сосудистой системы. Поэтому тема устойчивой природы в городе вне зависимости от климатических рисков с новым социокультурным сценарием в шаговой доступности от жилья остается актуальной как никогда. А управление урбанизацией достигается на современном этапе развития мировой градостроительной науки и практики за счет использования новых возможностей в инженерной подготовке городской территории. К ней, в том числе, относятся системы открытого дренажа для поддержания разных типов зеленых насаждений [20].
Сегодня «зеленые» технологии методом минимального воздействия на окружающую среду [21] внедряются во всю цепочку жизнедеятельности города для решения задач по устойчивому развитию современного и будущего общества. Экологическая эффективность предполагает рациональное природопользование и обеспечение высокого качества жизни в городе.
В настоящем исследовании предлагается изучить отечественный и зарубежный опыт применения зеленой инфраструктуры (далее — ЗИФ) и рассмотреть новые возможности в адаптации международных данных к нашим социальным, экономическим и экологическим условиям для необходимых изменений в нормативных документах по предложенной методологии исследования и улучшения качества городской среды в проектной практике. Рациональное управление ливневыми водами могло бы повлиять на снижение эффекта теплового острова и «остудить» города, например, дождевыми садами, технологические решения и локация которых будут представлены далее. Авторы планируют провести анализ функций зеленых насаждений в городе и на конкретном примере продемонстрировать возможность внедрения элементов ЗИФ, а также отметить потенциальные выгоды моделирования процессов подобных решений в российских городах. Таким образом, необходимость определения вектора развития «зеленой инфраструктуры», ее роли и места, как системы управления озелененными территориями, обусловила актуальность темы данной статьи.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Рассмотрим карту аномалий общего количества осадков с января по сентябрь 2020 г., составленную ВМО6 (рис. 2). Синий цвет указывает на большее количество осадков по сравнению с многолетними средними значениями. В Москве с января по сентябрь 2020 г. в среднем выпало 30 мм осадков ежемесячно. Это превышает норму на 50-70 %.
Лето 2020 г. в Москве оказалось самым дождливым за последние пять лет (рис. 3). По результатам аналитики подтоплений и скоплений воды, проведенной за последние годы в Москве, был установлен перечень из 119 первоочередных проблемных адресов. В основном это участки на улично-дорож-ной сети, в меньшей степени — дворовые террито-рии7. Чаще всего причины скопления воды связаны с отсутствием водосточной сети или недостаточной пропускной способностью существующей.
Для решения этих проблем власти Москвы совместно с сетевыми компаниями (АО «Мосво-доканал», АО «Мосгаз», ПАО «Мосэнерго» и др.) годами модернизируют инфраструктуру водоотве-дения. В 2021 г. было обновлено 33,2 км водосточных сетей, а на 2022 г. запланировано строительство и реконструкция 20,5 км сетей водостока8. Преобладающим видом капитального ремонта водосточной
< п
8 8 i н
G Г
0 со
n С/3
< -ь J со
U -
r i
n о
<3 o <
01 n
co co
l\J CO
0
1
CO CO о о
5 Интерактивная карта «Стройки Москвы». 2022. URL: https://stroi.mos.ru/construction
6 Карта аномалий общего количества осадков с января по сентябрь 2021 года относительно базового периода 1951-2000 годов. 2021. URL: 3fs-public/ckeditor/files/pr_7.png?3_ifPzSsJ73TvA_WnYofjm1cmjc1DboI
7 Ишханян К. Для мониторинга ливневки используем роботов. URL: https://www.mos.ru/news/item/23943073/
8 Заседание Президиума Правительства Москвы по развитию коммунально-инженерной инфраструктуры и энергосбережения. URL: https://www.mos.ru/mayor/themes/5299/8084050/
cn
• )
л ■
-J 00
I т s □
s У с о <D *
Ы 10
о о
10 10
10 10
Аномалии осадков, 2020, январь-сентябрь, мм Precipitation anomalies, January-September 2020, mm
сч N
N N
О О
N N
¡г ш
U 3 > (Л С И
to N
if <и <и
О ё
о о со
со ■
о со сч
(Л
ю
.£ о
cl"
с
Ю о
о Е
fe ° СП ^ т- ^
от °
=3
■S г
о (П
-400 -200 0 200 400
мм / mm
Рис. 2. Карта аномалий общего количества осадков с января по сентябрь 2020 г. относительно базового периода 1951-2000 гг. в мире по данным ВМО
Fig. 2. Map of anomalies in the total precipitation from January to September 2020 relative to the base period of 1951-2000 in the world according to WMO
сети стала санация — бестраншейный метод ремонта трубопроводов. В результате снижение износа сетей коллекторного хозяйства составило восемь процентов — с 25 до 17 %. Таким образом, количество проблемных мест по скоплению воды в Москве сократилось до 43 адресов в 2022 г.
Один из этих оставшихся проблемных адресов — перекресток Ленинского пр-та с улицами Лобачевского и Обручева. Летом 2021 г. в Москве на части Ленинского пр-та проводилось благоустройство. Однако изменения не затронули инженерные коммуникации и дополнительные пар-ковочные места для автомобилей, за счет которых в мировой градостроительной практике управляют ливневыми водами. Именно это условие стало основополагающим при выборе места для выполнения исследования.
По данным экологической карты-рейтинга районов Москвы9 рассматриваемый перекресток находится в благоприятной экологической зоне (рис. 4).
С правой стороны от Ленинского пр-та по направлению к Московской кольцевой автомобильной дороге (МКАД) располагаются овраг и сосновый бор, по центру — разделительная полоса и р. Самородинка, а с левой стороны — пруд Запятая и Юго-Западный лесопарк. Эти природные и озелененные территории являются местами потен-
циального размещения элементов зеленой инфраструктуры.
На выбранной территории не происходит сбросов в водные объекты г. Москвы. Территория находится в зоне периодического подтопления грунтовыми водами.
Перекресток Ленинского пр-та и начала ул. Обручева стал одним из масштабно реконструируемых в 2021 г. в ходе благоустройства районов Обручев-ский и Проспект Вернадского, существенные изменения показаны желтым цветом на рис. 5, 6. Площадь перекрестка увеличилась на 25 % по сравнению с 2014 г. Изменилась схема работы светофоров, что снизило скопление автотранспорта на перекрестке.
Проезжую часть Ленинского пр-та модернизировали — обновили дорожное полотно, нанесли новую разметку, добавили полосы для общественного транспорта и на левые повороты за счет уменьшения ширины полос движения транспорта и зеленых насаждений, а также создали островки безопасности для пешеходов. Озеленение городских территорий находится на средне-высоком уровне и составляет более 50 %, будучи стабильным на протяжении последних десяти лет [22].
По проектным решениям и натурным обследованиям выяснилось, что разделительная полоса с растительностью находится выше уровня дороги,
9 Экологическая карта-рейтинг районов Москвы. 2022. URL: https://ecostandardgroup.ru/center/ecorating/moscow/
i\J со
0
1
СП СП о о
cd ^
ft ® ч
л '
■ч п т
(Я э (Я VS
с о <D X
Ы 10
о о
10 10
10 10
2019 -»—2020 —•—2021
Рис. 3. Диаграмма среднего ежемесячного количества осадков, мм, в Москве 2019-2022 гг. (рисунок авторов) Fig. 3. Average monthly precipitation diagram, mm, in Moscow 2019-2022 (authors' scheme)
а это решение препятствует сбору дождевой воды на участках зеленых насаждений, так как нет организованного водостока. На рассматриваемом перекрестке задействовано около 90 % непроницаемых территорий, из-за чего водные потоки не аккумулируются на участках зеленых насаждений, а уходят в сток ливневой канализации.
В ходе натурного обследования обращено внимание на то, что провода, которые портили эстетический вид, в процессе благоустройства убрали под землю в специальные трубы. К сожалению, расположение подземных инженерных коммуникаций точно неизвестно, что также может затруднить внедрение элементов зеленой инфраструктуры в эксплуатируемые объекты линейной структуры в городе.
В настоящее время в почвенном покрове Москвы имеют большое распространение урбанозе-мы и это не случайно. Это почвы с неправильным
строением профиля, несогласованным залеганием горизонтов, присутствием антропогенных горизонтов с высокой загрязненностью тяжелыми металлами и органическими веществами, строительными и бытовыми отбросами. Толщина антропогенно-преобразованного покрова составляет от пары сантиметров до одного и более метра. Подобная структура почвенных слоев и ее состав окажет негативное влияние на состояние устойчивости интегрируемых зеленых компонентов и потребует научного поиска в решении этой проблемы инженерными средствами.
На основе фотофиксации был проведен SWOT-анализ (Strengths, Weaknesses, Opportunities, Threats-analysis) территории исследования (табл. 2).
Исследуемая территория относится к типу территорий с малой плотностью застройки. По карте рельефа перекресток находится в самых
4
012
34
56
78
910
N N N N О О N N
К ш U 3
> (Л
с и ва N
if <и <и
О ig
о о со со
I
о со сч
(Л
ю
.£ о
CL^
с
Ю о
S g
о Е с5 °
СП ^ т- ^
s
4L J
Г
О (О
Район Проспект Вернадского Vernadsky Avenue district
Рассматриваемый перекресток The intersection for consideration
9 ^
л % «
Проспект Вернадского Vernadsky Avenue district
Экологическая обстановка «Благоприятная»
The ecological situation is "favorable" Балл района считается как среднее арифметическое баллов всех критериев The district rating is calculated as the arithmetic average of the scores of all criteria
Ключевые критерии оценки fey evaluation criteria
Плотность населения
7 2
0
Рopulation density
Загруженность шоссе Нighway traffic congestion
Площадь зеленых насаждений ТЬт area of green spaces
Влияние объектов негативного воздействия Influence of objects with negative impact
2
Обручевский Obruchevsky district
Экологическая обстановка «Оптимальная»
The ecological situation is "оptimal" Балл района считается как среднее арифметическое баллов всех критериев The district rating is calculated as the arithmetic average of the scores of all criteria
Ключевые критерии оценки fey evaluation criteria
Обручевский район Obruchevsky district
Рис. 4. Экологическая карта-рейтинг районов Москвы (рисунок авторов) Fig. 4. Ecological rating map of Moscow districts (authors' scheme)
6
2 1
0
Плотность населения Рopulation density
Загруженность шоссе Hghway traffic congestion
Площадь зеленых насаждений ТЬте area of green spaces
Влияние объектов негативного воздействия Influence of objects with negative impact
низких точках рельефа местности, что означает частое скопление ливневых потоков на проезжей части, так как существующие элементы серой инфраструктуры (СИФ) не справляются с нагрузкой. Место поперечного разреза дорожного полотна было выбрано в наиболее характерной части перекрестка, где наблюдаются максимальные ливневые потоки с четырех направлений проезжей части (рис. 7).
Авторами планируется изучить механический и биологический способы сбора и очистки загрязненного ливневого стока, определить наиболее эффективные биоремедиационные технологии и способы их рационального размещения на выбранной территории в городской среде, увязать их с резервами участков в контуре Ленинского пр-та и зеленой разделительной полосой в его структуре, используя элементы зеленой инфраструктуры.
Из вышеизложенного можно сделать первые выводы о плюсах и минусах выбранной территории, а также о перспективах ее развития. В настоящее время на исследуемой территории газон расположен выше уровня тротуара (рис. 6), водоотведение осуществляется при помощи городской системы стока и направляется прямо в городскую канализационную сеть. Такой подход имеет недостатки:
• ливневая канализация чаще всего не может справиться с ливневыми потоками, особенно при сильном ливне, так как большая часть городских коллекторов построена в 1950-х годах;
• износ городских коллекторов превышает 40 %. Ремонт существующей системы СИФ очень дорогой, а строительство новой экономически невыгодно. Таким образом, темпы реконструкции московской системы водоотведения отстают от общемировых на 10 лет;
6
Рис. 5. Фото со спутника 2014 г. Fig. 5. Satellite photos made in 2014
Рис. 6. Фото со спутника 2021 г. Fig. 6. Satellite photos made in 2021
Табл. 2. SWOT-анализ выбранной территории Table 2. SWOT analysis of the selected area
Среда Environment
Положительные стороны Positive aspects
Отрицательные стороны Negative aspects
Внутренняя Internal factors
Ширина Ленинского пр-та 57 м. Наличие пешеходных и транспортных потоков.
Наличие озелененных полос. Рельеф территории позволяет устроить многочисленный поверхностный сток
Leninsky Prospekt is 57 meters wide. The presence of pedestrian and car traffic flows.
The presence of green lanes. The relief of the territory allows to arrange multiple surface runoff
Наблюдается перегруженность системы отведения ливневых вод.
При проектировании для стока воды не был учтен естественный рельеф.
Непонятное расположение подземных инженерных коммуникаций.
Современное благоустройство не отвечает международным стандартам
Overloading of the stormwater drainage system.
The natural relief was not taken into account for designing water
runoff.
Unclear location of underground utilities.
Modern landscaping does not meet international standards
< П
8 8 i н
g Г
S 2
0 со
n С/3
1 «
« -ь J со
U -
r I
n о
«s o «
o7 n
со со
КЗ со
0 J^
1
СП СП о о
Внешняя External factors
Влажный континентальный климат. Механическая фильтрация сточных вод.
Существует запас места для размещения зеленой инфраструктуры Humid continental climate. Mechanical filtration of wastewater. There is a reserve of space for the placement of green infrastructure
Часто выпадает большое количество осадков. Отсутствие проницаемых покрытий.
Строительство новых километров ливневой канализации и дополнительных очистных сооружений экономически невыгодно
There is often a large amount of precipitation. No permeable coatings.
The building of new kilometers of storm sewers and additional sewage processing facilities is economically unprofitable
• во многих местах нарушена геометрия улиц, вода зачастую не может стекать естественным образом, а поверхностей естественного дренажа, т.е. парков и газонов, недостаточно;
• после обновления дорожного покрытия ливневые решетки оказываются закатанными в асфальт или находятся на возвышении, что препятствует нормальному водоотводу;
• потоки воды намывают множество разнообразного мусора, что снижает эффективность системы;
• сквозь ливневую канализацию в открытые водоемы просачиваются загрязняющие вещества (ЗВ)
(тяжелые металлы, нефтепродукты и т.д.), а механическая фильтрация ливневых стоков не налажена.
В международной и отечественной практике для уменьшения количества ЗВ и стоков с автодорог непосредственно на проезжей части применяют сбор ливневых вод через водосборные лотки и пред-бордюрные углубления для дальнейшего отвода на очистные сооружения. Стоки скапливаются в локальных очистных сооружениях (ЛОС), очищаются от примесей и могут быть повторно использованы без вреда окружающей среде. Такой метод с применением СИФ называют традиционным (рис. 8).
cn
• )
л ■ -J 00 I т
s У с о (D *
Ы 10
о о
10 10
10 10
N N N N О О N N
К ш U 3
> (Л
с и ва N
if <и <и
о ё
о о CD
CD ■
о со CM
ОТ
(п
.Е о
—- с ю о
S я
о Е
¿О СП ^
Т- >s
s
от о >> -i
ï!
ü to №
Рис. 7. Карта и разрез исследуемого перекрестка (рисунок авторов) Fig. 7. Map and section of the studied crossroad (authors' scheme)
В последнее время все чаще используются практики, основанные на принципах минимального воздействия на окружающую среду с помощью элементов зеленой инфраструктуры. Это экологически обоснованные подходы к управлению ливневыми стоками, когда предпочтение отдается управлению осадками на месте. Целью такого подхода является поддержание естественного гидрологического баланса территории и деградация загрязнений за счет использования свойств почвы и растений. Такие системы для очистки поверхностных стоков с автомобильных дорог должны отвечать требова-
ниям экологичности и эффективности при строительстве и применении. Авторами предлагается теоретический подход к сопоставлению теоретических и практических данных, на основе чего были получены сравнительные характеристики требований к ЗИФ способу (табл. 3).
Такими авторами, как Ю.В. Евстигнеева, Ю.В. Трофименко, Н.А. Евстигнеева, установлено, что выявленным требованиям наиболее полно отвечают ЛОС, в которых использованы технологии биоремедиации, основанные на метаболическом потенциале биологических объектов — высших
сиф / mi
^стема собирает загрязненный ливневый сток для очистки, до того как он попадет в водные объекты The system collects polluted stormwater runoff for cleaning before it enters water objects
зиф / gl
Уменьшение загрязнения почвы воды и воздуха с помощью растений для сдерживания или устранения загрязняющих веществ
Reducing soil, water and air pollution by using plants to contain or eliminate pollutants
Polluted surface runoff
♦\*4*V. Л
Испарение воды и летучих химических соединений листьями растений
Evaporation of water and volatile chemical compounds by plant leaves
I ими тиф
Загрязнители Pollutants
Нефтепродукты Petroleum products
Растения накапливают загрязняющие вещества из почвы в корнях и надземных побегах Plants accumulate pollutants from the soil in the roots and aboveground sprouts
Издание растительного покрова на поверхности загрязенных участков для снижения подвижности загрязняющих веществ
Creation of vegetation cover on the surface of polluted areas to reduce the fluidity of pollutants
Разложение загрязнений на простые молекулы Decomposition of pollutants into simple molecules
Рис. 8. Механический и биологический способы сбора и очистки загрязненного ливневого стока (рисунок авторов) Fig. 8. MI or mechanical infrastructure method and GI, or green infrastructure method of collecting and cleaning polluted stormwate.runoffs (authors' scheme)
Металлы Metals
Табл. 3. Требования эффективности и экологичности ЛОС ЗИФ способа
Table 3. Requirements for the effectiveness and environmental friendliness of local purification facilities within the GI-method
Требования эффективности Efficiency requirements
Требования экологичности Environmental requirements
Достаточное количество свободных площадей для размещения Sufficient amount of free space for placement
Экологичность строительства
и эксплуатации Environmental friendliness of construction and operation
Сбор ливневых вод с автодорог через водосборные лотки и предбордюрные углубления для дальнейшего отвода на очистные сооружения Collecting of stormwater from highways through catchment trays and pre-bordering depressions for further diversion to treatment facilities
Отсутствие застойной воды в зарослях Lack of stagnant water in the thickets
Высокая эффективность очистки стоков в теплый и холодный периоды года High efficiency of sewage purification in warm and cold periods of the year
Отсутствие неприятных запахов и бурного развития
насекомых Lack of unpleasant odors and rapid growth of insects
Простота содержания сооружения, не требующая высокой квалификации обслуживающего персонала Simplicity of the maintenance of the structure, which does not require highly qualified maintenance personnel
Необходима регулярная механическая очистка от мусора Regular mechanical cleaning of debris is necessary
< П
л
i н g Г
S 2
o n
I «
с -ь J CD
u I
r I n
«s o «
n
со со
м со
0
1
СП СП о о
Экономичность (низкая стоимость) строительства и эксплуатации Cost-effectiveness (low cost) construction and operation
растений и микроорганизмов [23]. Для населенных пунктов могут быть рекомендованы три ключевых типа сооружений: биодренажная канава, биофильтрационный склон и дождевой сад, используемые для водоотвода и очистки поверхностных стоков с улично-дорожной сети (табл. 4).
Рассмотрим каждое сооружение подробнее.
Биофильтрационный склон представляет собой наклонный участок территории с растительностью (рис. 9, а). Биофильтрационный склон отличается от канала тем, что не имеет русла, а очищаемая вода движется в тонкослойном режиме. Работа фильтрационного склона основана на фильтровании взвешенных частиц при движении через растительность, а также биологическом поглощении ЗВ растениями и микроорганизмами почвы. Биофильтрационные склоны могут быть засажены как специально подобранной, так и дикорастущей растительностью, а также кустарником и деревьями.
По таблице эффективности биофильтрационные склоны соответствуют предварительному этапу очистки поверхностного стока и могут ис-
Контроль за употреблением противогололедных реагентов Control over the use of deicing reagents
пользоваться рядом с парковочными площадками и небольшими жилыми территориями.
Биодренажные канавы — неглубокие искусственные низменности, покрытые растительностью, которые служат для накопления, очистки и фильтрации дождевых стоков (рис. 9, Ь). Устраиваются вдоль тротуаров, а также рядом с зонами озеленения недалеко от проезжей части. По краям канав необходимо устанавливать водонепроницаемые покрытия для предотвращения загрязнения прилегающих почв и грунтовых вод. Большой продольный уклон биодренажных канав составляет 4:1 или 3:1. В условиях крутого рельефа для предотвращения эрозии следует применять террасирование канав со ступенчатым уклоном. В таких канавах используются болотные и иные влаголюбивые растения. Процент примеси глины в почве не должен превышать 5 %. Рекомендуемое расстояние от зеркала грунтовых вод до биоремедиаци-онной почвы — более 1,5 м. Биодренаж является самым эффективным способом естественного замедления и очистки стока, позволяющим одновременно подпитывать грунтовые воды [24].
cn
• ) « ■
-J 00 I Т
s у с о
(D *
Ы 10
о о
10 10
10 10
Табл. 4. Эффективность очистки на ЛОС с использованием биоремедиационных технологий Table 4. Efficiency of local treatment facilities using bioremediation technologies
Эффективность удаления загрязняющих веществ и микроорганизмов Efficiency of removing pollutants and microorganisms
Сооружение Construction Взвешенные вещества Suspended substances Биогенные элементы Biogenic elements Взвешенные вещества Suspended substances Нефтепродукты Petroleum products Взвешенные вещества Suspended substances Бактерии Bacteria
Биофильтрационные склоны Biofiltration slopes ◊ о ◊ ◊ ◊ о
Биодренажные канавы Biological drainage ditches ◊ о ◊ ◊ ◊ о
Дождевые сады Rain gardens • ◊ • • • •
N N N N О О N N
¡г ш
U 3
> (Л
с и m N
if <и <и
о ig
о о со со
I
о со сч г: от от
.£ о
CL^
• с Ю о
8 « о Е
fe ° СП ^ т- ^
£
4L J > ^
£ w
iE 35
О (О
Примечание: о — низкая эффективность (10-40 %); ◊ — средняя эффективность (40-70 %); • — высокая эффективность (70-100 %).
Note: where о — low efficiency (10-40 %); ◊ — medium efficiency (40-70 %); • — high efficiency (70-100 %).
Американский и немецкий опыт [25] использования биодренажей показывает, что сбор и отвод дождевой воды в грунт через специальные устройства имеет ряд возможностей, положительно воздействующих на городскую среду: формирование благоприятного микроклимата на селитебных территориях, уменьшение поверхностного пылеобра-зования, транзит в почву дополнительной влаги, необходимой для питания растений, а также снижение нагрузки на канализационную сеть.
Дождевой сад — один из методов управления городскими ливневыми стоками, который дает возможность решать проблемы затопления территорий, а также загрязнения дождевых потоков (рис. 9, с). Технология дождевых садов основана на принципе имитирования естественных природных процессов накопления и испарения воды. Представляет собой пониженную область в ландшафте, где собирается дождевая вода с крыш, дорог или улиц, и позволяет воде впитаться в землю. Это недорогой способ снижения объема ливневого стока и улучшения качества ливневых вод, поскольку сады эффективно поглощают и уменьшают количество ЗВ. Они естественным образом абсорбируют дождевую воду, поглощая на 30-40 % больше стоковых вод, чем типичный газон. Такая технология очень популярна во Франции, США, Великобритании, Австралии и Канаде, а также в северных странах — Норвегии, Швеции, Финляндии [26].
Проницаемые покрытия — важное дополнение к биоремедиационным технологиям. Такое мощение позволяет осадкам вертикально проходить через твердые поверхности, что уменьшает ливневый сток, улучшает качество воды за счет фильтра-
ции ЗВ в подповерхностных слоях и способствует восстановлению естественного гидрологического баланса на территории за счет пополнения запасов грунтовых вод.
Проницаемые поверхности дорожного покрытия обычно включают проницаемый бетон, пористый асфальт и брусчатку [27]. Проницаемые поверхности дорожного покрытия изготавливаются либо из пористого материала, который позволяет ливневой воде проходить через него, либо из непористых блоков, расположенных так, чтобы вода имела свободную миграцию между ними в уширенных швах. В некоторых конструкциях проницаемое покрытие состоит из нескольких подземных слоев почвы, гравия и песка для увеличения емкости и максимальной скорости инфильтрации (рис. 9, d). Фильтр удаляет отложения и другие загрязнители из поверхностного стока. Время от времени такие системы необходимо очищать во избежание заиливания.
Песок нельзя использовать для борьбы со снегом и льдом на проницаемых поверхностях, поскольку он закупоривает поры и снижает пропускную способность. Затраты на обслуживание в зимний период снижаются за счет сохранения соли в самом дорожном покрытии. Это также снижает количество ливневых стоков, загрязненных хлоридами солей. Стоимость водопроницаемого покрытия в два-три раза выше стоимости обычного асфальтового покрытия. Однако использование проницаемой дорожной одежды может снизить затраты на установку большего количества ЛОС «серой инфраструктуры» для ливневых вод, и эту экономию следует учитывать при любом анализе затрат.
Испарение воды и летучих химических соединений листьями растений Evaporation of water and volatile chemical compounds by plant leaves Водораспределительный лоток с гравием
Водосборная поверхность Watershed surface
Загрязненный поверхностный сток Polluted surface runoff
Испарение воды и летучих химических соединений листьями растений
Водораспределительн лоток с гравием
а - Биофильтрационный склон а - Biofiltration slope
b - Биодренажная канава b - Biodrainage ditch
Испарение воды и летучих химических соединений листьями растений
Водосборная поверхность Watershed surface
мтельная стенка
n wall
c - Дождевой сад c - Rain garden
d - Проницаемые покрытия d - Permeable coatings
Рис. 9. Схема биофильтрационного склона (а); биодренажной канавы (b); дождевого сада (c); устройства проницаемых покрытий (d) (рисунок авторов)
Fig. 9. The schematic of the biological filtration slope (а); the biological drainage ditch (b); the rain garden (c); permeable coatings (d) (authors' scheme)
< П
i н
G Г
S 2
0 со
n CO
1 < < -b J to
U -
r i
n о
<3 o <
o i n
со со
l\J со
0
1
СП СП о о
cn
• )
Í7
Í . Í
■Ч 00 I т
s У с о (D *
Ы 10
о о
10 10
10 10
Проницаемое покрытие обычно применяется на дорогах, тропах и стоянках, где движутся легкие транспортные средства, а также тротуарах и проездах в жилых кварталах. Проницаемые покрытия предназначены для замены непроницаемых зон, а не для отвода ливневых вод с других непроницаемых поверхностей. Использование этого метода должно быть частью общей системы управления ливневыми стоками и не заменять другие методы.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Проницаемые покрытия тротуаров и парковок необходимы в городе (табл. 5). Деревья, окруженные такими поверхностями, получают больший объем воздуха и воды, чем в непроницаемых материалах. Применение подобных «зеленых» технологий способствует не только рациональному использованию сточных вод, но и оздоровлению окружающей среды за счет как можно большего количества растений.
Как видно из табл. 5, при благоустройстве территории авторами предлагается использовать несколько вариантов ливневых систем, что обеспечит
комплексную защиту строении и открытых территорий от излишков воды. Линейно-поверхностный дренаж (line-rain) и точечно-углубленный дренаж (point-storm) предназначены для решения различных задач (рис. 10).
Первый тип дренажа нужен для отвода излишков атмосферных осадков, второй — для большого объема ливневых вод. Две эти системы не исключают друг друга, а взаимодополняют и монтируются совместно из полимерных материалов. Пропускная способность трубопроводов из полимерных материалов при прочих равных выше пропускной способности труб из других материалов (бетон, сталь и т.д.) в связи с меньшей шероховатостью [28]. При их проектировании необходимо предусматривать дополнительную нагрузку на коллектор.
Авторами предлагается выполнить покрытие тротуара из проницаемых материалов и применить уклон 1 % для отведения ливневых вод в проектируемые дренажные системы. Line-rain дренаж по всей границе проезжей части и зеленых насаждений будет улавливать большую часть атмосферных осадков. Для увеличения скорости
N N N N О О N N
К ш U 3
> (Л
с и m N
if <D ф
О g
о о CD
CD ■
о со CM
Табл. 5. Изменение распределения ливневых вод в зависимости от степени проницаемости покрытия территории Table 5. Changes in the distribution of stormwater depending on the degree of permeability of the area coverage
° a
я a
Тип территории Type of territory
Качество среды жизнедеятельно сти человека The quality of the human environment
Применение СИФ/ЗИФ
MI/GI application
Степень проницаемо сти покрытия территории The extent of permeability of the territory coverage
со
CO
.E о CL О
^ с Ю о
s «
о Е с5 о
СП ^ т- ^
s
4L J
* А Г
О (0
р орт
s 2
о cö
S P
5 <а
о s=
6
S <у "5
С о
И 'S
5
SM
о
ю
о
100 %
p
y
e p
и
7,5 % территории Москвы 7.5 % of the territory of Moscow
Только ЗИФ Only GI
Площадь 5,1 тыс. га Area 5.1 thousand hectares
Озеленение, предназначенное для отведения поверхностного стока, также может обеспечить снижение скорости потока отводимой воды, улучшение качества городского пространства, повысить эстетические
свойства ландшафта
Greening designed to divert surface runoff can also provide a reduction in the flow rate of withdrawn water, improve the quality of urban space, and enhance the aesthetic properties of the landscape
Продолжение табл. 5 / Continue of the Table 5
Тип территории Type of territory
Качество среды жизнедеятельности человека The quality of the human environment
Применение СИФ/ЗИФ
MI/GI application
Степень проницаемо сти покрытия территории The extent of permeability of the territory coverage
80-90 %
20,8 % территории Москвы 20.8 % of the territory of Moscow
СИФ + ЗИФ MI + GI
Площадь 14,2 тыс. га Area 14.2 thousand hectares
Озеленение, предназначенное для отведения поверхностного стока, помогает сократить объем и интенсивность стока до дождевой канализации, очищать его от загрязняющих веществ, повышать качество воды и снижать риски подтоплений и наводнений на территории городов и населенных пунктов Greening, designed to divert surface runoff, helps to reduce the quantity and intensity of flow to the rain sewer, clean it from pollutants, improve water quality and reduce the risks of flooding in cities and towns
Площадь 14,9 тыс. га Area 14.9 thousand hectares
Инвестиции в озеленение, предназначенное для отведения поверхностного стока, в малых городах и населенных пунктах заменяют, а в мегаполисах дополняют подземную трубопроводную дождевую
канализацию и продлевают срок ее службы Investments in gardening designed to divert surface runoff are being substituted in small towns and settlements, and in megacities they complement underground rainwater pipeline and extend its service life
45-50 %
22,7 % территории Москвы 22.7 % of the territory of Moscow
< П
8 8 i н
g Г
S 2
0 со
n С/3
1 «
« -ь J со
U -
r I
n о
«s o «
o7 n
со со
КЗ со
0 J^
1
СП СП о о
cn
• ) п
л ■ -J 00 I Т
s У с о (D *
Ы 10
о о
10 10
10 10
Окончание табл. 5 /End of the Table 5
ft tu
<U J2
К £
Тип территории Type of territory
Качество среды жизнедеятельно сти человека The quality of the human environment
Применение СИФ/ЗИФ
MI/GI application
Степень проницаемо сти покрытия территории The extent of permeability of the territory coverage
N N N N О О N N
К ш
U 3
> (Л
С И
ва N
if <u <и
О ё
о о со со
I
о со см
(Л
ю
.Е о
^ с
Ю о
S g
о Е
с5 °
СП ^
т- ^
s
4L J
Г
О (О
s
ов
■ S3 ■о
1 л
M
■с
о
ю
ft Ь | £
& ^ е
0-25 %
49 % территории Москвы 49 % of the territory of Moscow
Только СИФ Only MI
Площадь 34 тыс. га Area 34 thousand hectares
Т
Вода, которая попадает на крыши, улицы, бульвары, тротуары, детские площадки, парковки, не может впитаться в землю и становится ливневым стоком, собирая загрязняющие вещества, такие как взвешенные вещества, нефтепродукты, тяжелые металлы, хлориды, органические соединения, которые при отсутствии городской канализации и очистных сооружений сбрасываются в местные водоемы, загрязняют почву
и подземные воды
Water that gets on roofs, streets, boulevards, sidewalks, playgrounds, parking lots cannot be absorbed into the soil and becomes a storm drain, collecting pollutants such as suspended solids, petroleum products, heavy metals, chlorides, organic compounds, which in the lack of urban sewerage and sewage treatment plants are discharged into local reservoirs, pollute the soil and groundwater
водоотведения созданы небольшие склоны из зеленых насаждений, которые дополнительно впитают избыток ливневых вод, переливающихся через решетку. Таким образом, тротуар останется сухим, а излишки дождевой поверхностной воды могут быть аккумулированы зелеными компонентами объекта: от газона и композиций из злаковых и луговых культур до массивов кустарников и деревьев с разным отношением к затоплению.
Существующий point-storm дренаж на рассматриваемом перекрестке представлен четырьмя ливневыми решетками по Ленинскому пр-ту. Это обусловлено шириной проезжей части на исследуемом участке Ленинского пр-та — 57 м и прохождением наибольшего объема ливневых вод. Улицы Лобачевского и Обручева, шириной 25 и 35 м соответственно, не имеют связи с городской ливневой канализацией. Таким образом, существующий point-storm дренаж улавливает до 60 % ливневых потоков. Остальная часть ливневых вод скапливается в низине рельефа, т.е. в центре перекрестка. Для устранения выявленных недостатков необходимо инженерное переустройство дорожного полотна
и прилегающих участков зеленых насаждении с внедрением элементов зеленоИ инфраструктуры. Авторы считают целесообразным широкое применение биодренажных канав на исследуемой территории в условиях низкой плотности застройки, поскольку
»Аь ■
ШШЖУШфь I
Wmh-J
Линеино-поверхностныи дренаж
Рис. 10. Схематичное изображение линейно-поверхностного дренажа и точечно-углубленного дренажа (рисунок авторов) Fig. 10. Schematic representation of line-rain drainage and point-storm drainage (authors' scheme)
Табл. 6. Модель перекрестка с использованием ЗИФ элементов и обновленного дренажа Table 6. The crossroads model that has GI elements and a renewed drainage
К
1 зеленая полоса от магазина до тротуара 1 green strip from the store to the sidewalk
2 зеленая полоса между тротуаром и проезжей частью
2 green strip between the sidewalk and the roadway
ix
< П
i н
G Г
S 3
o n
I <
с -ь J CD
u i
r i n
<<3 o <
oi n
CO CO
l\J CO
0
1
со
CO о о
© ь-
K с
го
Дождевой сад проницаемые покрытия Rain garden permeable coatings
Биофильтрационный склон проницаемые покрытия biological filtration slope permeable coatings
л „
ñ u ^ с
cn
• )
Í7
Í . Í
00
I T s □
s у с о <D *
10 10 О о 10 10 10 10
Продолжение табл. 6 / Continue of the Table 6
% £
3 зеленая разделительная полоса на проезжей части
3 green dividing strip on the roadway
4 склон в лес 4 slope into the forest
§ PL
С 8 Ü
2
^ -li S С
У -i £
С
N С
Ç (U
© ¡E KS.« n ^ «
m 5
Биодренажная канава с деревьями
проницаемые покрытия Biological drainage ditch with trees permeable coatings
Гибридный дождевой сад проницаемые покрытия Hybrid rain garden permeable coatings
л „
^ (U
» с
Окончание табл. 6 / End of the Table 6
5 пешеходная часть 5 pedestrian part
6 зеленые насаждения около торгового центра «Рио»
6 green spaces near the Rio shopping center
< П
л
i н g Г
S 2
o n
I «
с -ь J CD
u
r I n
«s o «
o(i n
CO CO
l\J CO
0
1
CO CO о о
Биодренажная канава проницаемые покрытия Biological drainage ditch permeable coatings
Биодренажная канава с деревьями
проницаемые покрытия Biological drainage ditch with trees permeable coatings
cn
• ) « ■
-J 00
I T s □
s у с о <D *
Ы 10
о о
10 10
10 10
сч N
сч N
о о
N N
¡г ш
и 3
> (Л
с «
т N
||
<и <и
О ё
о о со со
I
о со см
(Л
ю
.Е о
^ с
ю о
о Е
& °
СП ^
т- ^
£
от °
«г?
О (0 №
они занимают относительно большие территории и практически не имеют вертикального отделения от тротуара и проезжей части. Использование биодренажной канавы с деревьями позволит собрать, сохранить и передать большой объем ливневой воды. Также большой объем ливневой воды в канаве обеспечит устойчивость зеленых насаждений.
Многочисленные площади с зелеными насаждениями на исследуемой территории авторами предлагается превратить в дождевые сады. Отвод воды в дождевой сад эффективен при пиковых значениях объема атмосферных осадков, так как осуществляется прямое поступление стока ливневой воды с улицы. Зеленые насаждения в составе дождевого сада обеспечат поглощение воды и предварительную очистку ее от ЗВ. Поэтому дождевые сады имеют большую глубину и пропускную способность инфильтрации, чем биодренажные канавы. Следовательно, и состав растений на этих участках может быть разный, что создает вариативные возможности для благоустройства в городе даже в структуре транспортных коммуникаций.
С целью увеличения эффективности водосбора в дождевой сад авторами предлагается использовать комбинацию из биофильтрационного склона и дождевого сада. Такой биодренажный дождевой сад или новая модель территории с откосами по периметру и технологическими решениями с подбором, соответствующий условиям ассортимента растений, имеет гибридные свойства применяемых элементов зеленой и серой инфраструктуры. Определенные виды растений, каменные валуны и булыжники будут способствовать улучшению эстетики ландшафта, увеличению крутизны боковых склонов и обеспечат контроль водной эрозии при должном закреплении. Дно дождевого сада может быть засыпано щебнем или гравием, что воспрепятствует возникновению размывов. Дождевые сады могут быть связаны поверхностными каналами или дренажными трубами для предотвращения водной перегрузки на одном из них. Дождевые сады, встроенные в планировочные решения остановочного пункта в виде небольших элементов, улучшают условия нахождения пассажиров на остановочных пунктах.
Все вышеперечисленное озеленение потребует минимального проведения регулярного обслуживания, такого как обрезка, полив во время засухи, удаление сорняков. Такой метод основан на комплексном подходе в проектировании, когда технологические и ландшафтные решения оптимизируют затраты по уходу и содержанию зеленых оазисов, поддерживая моделирование устойчивых компонентов озеленения за счет атмосферных осадков. В этом процессе внимания потребует только плановая очистка впускных отверстий и дренажных труб. Таким образом, авторы предлагают для проектной апробации теоретическую 3D-модель перекрестка с использованием ЗИФ-элементов и обновленной конструкции дренажа (табл. 6).
ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ОБСУЖДЕНИЕ
Результаты проведенного анализа показали, что выбранная территория исследования — по типологии поперечного профиля дороги, резервных участков под зеленую инфраструктуру и типу дренажной системы — пригодна для внедрения элементов зеленой инфраструктуры. Поэтому обозначим общие аспекты интегрирования зеленой инфраструктуры в городскую среду:
• соответствие размеров отведенной под ЗИФ территории потребностям города;
• возможность максимального использования существующей растительности, рельефа, водоема;
• обеспечение присоединения сетей инженерного благоустройства территории к городским сетям;
• возможность постройки капитальных сооружений в условиях данного рельефа, грунта, грунтовых вод и т.п., соответствующая нормам доступности участка;
• резерв территорий вне архитектурного пространства для возможности создания участков удержания и аккумулирования дождевой и поверхностной воды за счет создания урбанизированных биотопов в городе.
Обобщая представленный в статье анализ возможностей ЗИФ, необходимо отметить, что большие участки зеленых насаждений являются отличной платформой для размещения элементов зеленой инфраструктуры и управления ливневыми водами. Как было сказано выше, современные исследования показали, что биодренажные конструкции могут быть эффективными для улучшения качества воды и сохранения гидрологической функции на объекте до начала строительства, даже когда температура воздуха опускается ниже нуля. Исследования авторов доказывают, что при правильном анализе участка с градостроительной, инженерной и ландшафтной сторон, а также ответственном подборе растений местной флоры, биодренажные системы могут хорошо работать даже в регионах с холодным климатом, например в России [29-31]. Исследованный перекресток в Москве является ярким местным примером применения элементов зеленой инфраструктуры, опыт которого должен быть распространен на аналогичные объекты системы транспортных коммуникаций, типологическая структура которых используется на всей территории РФ. Действующие объекты транспортной и промышленной инфраструктуры, рассмотренные в авторском видении применения гибридных моделей зеленой инфраструктуры с соответствующими расчетами по возможностям и количеству собираемой, транспортируемой и аккумулируемой дождевой и поверхностной воды, могут активно повлиять на корректировку нормативных показателей, а самое главное — на создание узнаваемого благоустройства с включением природных биотопов разной структуры и гидрофильности в целях комфортной и устойчивой среды проживания в российских городах.
СПИСОК ИСТОЧНИКОВ
1. Богданович А.Ю., Липка О.Н. Синергия климатической глобальной цели устойчивого развития и Национального плана адаптации в России // Проблемы экологического мониторинга и моделирования экосистем. 2020. Т. 31. № 3-4. С. 7-32. DOI: 10. 21513/0207-2564-2020-3-07-32
2. Fowler H.J., Lenderink G., Prein A.F., Westra S., Allan R.P., Ban N. et al. Anthropogenic intensification of short-duration rainfall extremes // Nature Reviews Earth & Environment. 2021. Vol. 2. Issue 2. Pp. 107-122. DOI: 10.1038/ s43017-020-00128-6
3. Морозова Г.Ю., Дебелая И.Д. Зеленая инфраструктура как фактор обеспечения устойчивого развития Хабаровска // Экономика региона. 2018. Т. 14. № 2. С. 562-574. DOI: 10.17059/2018-2-18
4. Скриган А.Ю. Зеленая инфраструктура городов как элемент адаптации к изменению климата: обзор научных идей и практической реализации // Вестник Псковского государственного университета. Серия: Естественные и физико-математические науки. 2017. № 11. С. 103-111.
5. Нефедов В.А. Городской ландшафтный дизайн. СПб. : Любавич, 2012. 317 с.
6. Балакин В.В., Сидоренко В.Ф. Шумозащит-ная эффективность разделительных полос озеленения на объектах транспортной инфраструктуры // Национальная ассоциация ученых. 2015. № 9-1 (14). С. 110-111.
7. Zaykova E. Green Spice for the Megacity and Urbanization // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2020. Vol. 869. Issue 2. P. 022014. DOI: 10.1088/1757-899x/869/2/022014
8. Pauleit S., Ambrose-Oji B., Andersson E., Anton B., Buijs A., Haase D. et al. Advancing urban green infrastructure in Europe: Outcomes and reflections from the GREEN SURGE project // Urban Forestry & Urban Greening. 2019. Vol. 40. Pp. 4-16. DOI: 10.1016/ j.ufug.2018.10.006
9. Zaykova E. Postindustrial space: Integration of green infrastructure in the center, middle and periphery of the city // Springer Geography. 2018. Pp. 106-117.
10. Willems J.J., Molenveld A., Voorberg W., Brink-man G. Diverging ambitions and instruments for citizen participation across different stages in green infrastructure projects // Urban Planning. 2020. Vol. 5. Issue 1. Pp. 22-32. DOI: 10.17645/up.v5i1.2613
11. Thomas R., Claudia W. Planting in a post-wild world: designing plant communities for resilient landscapes. 2015. 272 p.
12. Thomson G., Newman P. Green infrastructure and biophilic urbanism as tools for integrating resource efficient and ecological cities // Urban Planning. 2021. Vol. 6. Issue 1. Pp. 75-88. DOI: 10.17645/up.v6i1.3633
13. Dreiseitl H., Wanschura B., Worlen M., Mol-daschl M., Wescoat J. Making cities liveable green-blue infrastructure and its impact on society. 2016. 18 p. URL: https://ramboll.com/-/media/files/rgr/documents/markets/ water/m/making-cities-liveable.pdf?la=en
14. Chatzimentor A., Apostolopoulou E., Maza-ris A.D. A review of green infrastructure research in Europe: Challenges and opportunities // Landscape and Urban Planning. 2020. Vol. 198. P. 103775. DOI: 10.1016/ j.landurbplan.2020.103775
15. Липка О.Н. Подходы к разработке крупномасштабных проектов по адаптации к изменениям климата на основе экосистем в дельте р. Или (Казахстан) // Проблемы экологического мониторинга и моделирования экосистем. 2020. Т. 31. № 3-4. С. 88-119. DOI: 10.21513/0207-2564-2020-3-88-119
16. Середа Л.О., Куролап С.А., Яблонских Л.А. Эколого-геохимическая оценка техногенного загрязнения почвенного покрова промышленных городов : монография. Воронеж : Научная книга, 2018. 196 с.
17. Li L., Uyttenhove P., Eetvelde V.V. Planning green infrastructure to mitigate urban surface water flooding risk — a methodology to identify priority areas applied in the city of Ghent // Landscape and Urban Planning. 2020. Vol. 194. P. 103703. DOI: 10.1016/ j.landurbplan.2019.103703
18. Мелехин А.Г., Щукин И.С. Анализ существующих биоинженерных сооружений очистки поверхностного стока и возможности их применения в условиях Западного Урала // Вестник ПНИПУ. Строительство и архитектура. 2013. № 2. С. 40-50.
19. Webber J.L., Fletcher T.D., Cunningham L., Fu G., Butler D., Burns M.J. Is green infrastructure a viable strategy for managing urban surface water flooding? // Urban Water Journal. 2020. Vol. 17. Issue 7. Pp. 598-608. DOI: 10.1080/1573062X.2019.1700286
20. Шеина С.Г., Юдина К.В. Экологическая комфортность как основной параметр устойчивого развития города // Строительство и архитектура. 2018. С. 33-37.
21. Годовой отчет Научно-исследовательского института устойчивого развития в строительстве 2020. СПб., 2020. 35 с. URL: https://greenzoom.ru/books/18-ezegodnyj-otcet-ano-niiurs-za-2020-god/
22. МакаровА.О. Оценка экологического состояния почв некоторых железнодорожных объектов ЦАО г. Москвы : дис. ... канд. биол. наук. М., 2014. 303 с.
23. Евстигнеева Ю.В., Трофименко Ю.В., Евстигнеева Н.А. Биоремедиационные технологии очистки поверхностного стока с улично-дорожной сети населенных пунктов // Студенческий научный форум : мат. XII Междунар. студенч. науч. конф. 2020.
24. Urban street design guide. 2021. URL: treet-design-elements/stormwater-management/bioswales/
< n
is
G Г
S 2
0 CO n CO
1 < < -b J to
U -
r i
n о
<3 o <
o7 n
CO CO
l\J CO
0
1
CD CO о о
cn
• ) n
л ■ -J 00 I T
s У с о <D Ж
10 10 О о 10 10 10 10
сч N
сч N
о о
N N
¡É ш
U 3 > (Л С И
m N
i¡
л?
ф ф
О ё
о о со со
I
о со см
<л ю
.Е о
^ с Ю о
о Е
Ев i?
СП ^ т- ^
£
от ° > ^
£ w
г
о (ñ
Иркутск, 2006. 7 с. URL: http://integra-chita.ru/all_docs/ docs20091222095414.PDF
29. Zaykova E.Y. Healing landscapes in the multifunctional hybrid objects // Proceedings of the Annual International Conference on Architecture and Civil Engineering. 2019. Pp. 347-355.
30. Zaykova E. Formation methods of hybrid urban spaces in the historic city center // E3S Web of Conferences. 2019. Vol. 97. P. 01031. DOI: 10.1051/ e3sconf/20199701031
31. Zaykova E. Strategies ensuring the Stability of Natural and Urbanized Biotopes in hybrid multifunctional objects // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2021. Vol. 1030. Issue 1. P. 012065. DOI: 10.1088/1757-899x/1030/1/012065
25. Кац М. Проектирование городских улиц. URL: tatik/files/products/516328/proektirovanie-gorodskih-ulic-9785916713558_1733.pdf
26. Bassuk N.L., Dropkin E.M. Woody shrubs for stormwater retention practices. 2014. 56 p. DOI: 10.13140/RG.2.1.4800.2328
27. Дергунова А.В., Пиксайкина А.А. Применение пористых тротуаров в создании инфраструктуры городской среды // Вестник МГСУ. 2018. Т. 13. № 12. С. 1440-1447. DOI: 10.22227/19970935.2018.12.1440-1447
28. Потапов А.М., Маслова Н.М., Струк О.В. Сравнительный расчет пропускной способности безнапорных трубопроводов из различных материалов.
Поступила в редакцию 19 сентября 2022 г. Принята в доработанном виде 17 октября 2022 г. Одобрена для публикации 18 октября 2022 г.
Об авторах: Елена Юрьевна Зайкова — кандидат архитектуры, доцент кафедры градостроительства, заместитель директора Института архитектуры и градостроительства; Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет (НИУ МГСУ); 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26; РИНЦ ID: 503400, ORCID: 0000-0002-0555-9941; [email protected];
София Сергеевна Феофанова — аспирант кафедры градостроительства; Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет (НИУ МГСУ); 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26; SPIN-код: 8352-1211; [email protected]. Вклад авторов:
Зайкова Е.Ю. — научное руководство, развитие методологии исследования, научное редактирование текста, итоговые выводы.
Феофанова С.С. — сбор материала, обработка материала, написание исходного текста, создание иллюстраций и таблиц.
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
REFERENCES
1. Bogdanovich A.Yu., Lipka O.N. The sinergy of the climate global sustainable development goal and the national adaptation plan in Russia. Problems of Ecological Monitoring and Modeling of Ecosystems. 2020; 31(3-4):7-32. DOI: 10.21513/0207-2564-2020-3-07-32 (rus.).
2. Fowler H.J., Lenderink G., Prein A.F., Westra S., Allan R.P., Ban N. et al. Anthropogenic intensification of short-duration rainfall extremes. Nature Reviews Earth & Environment. 2021; 2(2):107-122. DOI: 10.1038/ s43017-020-00128-6
3. Morozova G.Y., Debelaya I.D. Green infrastructure as a factor for sustainable development of Khabarovsk. Economy of Regions. 2018; 14(2):562-574. DOI: 10.17059/2018-2-18 (rus.).
4. Skryhan H. Green infrastructure of the cities as an element of the adaptation to climate change: review of the scientific ideas and practical implementation. Bulletin of Pskov State University Series: Natural and physical-mathematical sciences. 2017; 11:103-111. (rus.).
5. Nefedov V.A. Urban landscape design. St. Petersburg, Lyubavich, 2012; 317. (rus.).
6. Balakin V.V., Sidorenko V.F. Noise-proof efficiency of dividing strips of landscaping at transport infrastructure facilities. National Association of Scientists. 2015; 9-1(14):110-111 (rus.).
7. Zaykova E. Green spice for the megacity and urbanization. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2020; 869(2):022014. DOI: 10.1088/1757-899x/869/2/022014
8. Pauleit S., Ambrose-Oji B., Andersson E., Anton B., Buijs A., Haase D. et al. Advancing urban green infrastructure in Europe: Outcomes and reflections from the GREEN SURGE project. Urban Forestry & Urban Greening. 2019; 40:4-16. DOI: 10.1016/ j.ufug.2018.10.006
9. Zaykova E. Postindustrial space: Integration of green infrastructure in the center, middle and periphery of the city. Springer Geography. 2018; 106-117.
10. Willems J.J., Molenveld A., Voorberg W., Brinkman G. Diverging ambitions and instruments for citizen participation across different stages in green infrastructure projects. Urban Planning. 2020; 5(1):22-32. DOI: 10.17645/up.v5i1.2613
11. Thomas R., Claudia W. Planting in a Post-Wild World: Designing Plant Communities for Resilient Landscapes. 2015; 272.
12. Thomson G., Newman P. Green infrastructure and biophilic urbanism as tools for integrating resource efficient and ecological cities. Urban Planning. 2021; 6(1):75-88. DOI: 10.17645/up.v6i1.3633
13. Dreiseitl H., Wanschura B., Worlen M., Mol-daschl M., Wescoat J. Making Cities Liveable Green-Blue Infrastructure and its Impact on Society. 2016; 18. URL: https://ramboll.com/-/media/files/rgr/documents/markets/ water/m/making-cities-liveable.pdf?la=en
14. Chatzimentor A., Apostolopoulou E., Maza-ris A.D. A review of green infrastructure research in Europe: Challenges and opportunities. Landscape and Urban Planning. 2020; 198:103775. DOI: 10.1016/ j.landurbplan.2020.103775
15. Lipka O.N., Mazmaniants G.M., Isupova M.V., Aleynikov A.A., Zamolodchikov D.G., Kaganov V.V. Approaches to a large-scale ecosystem-based adaptation project development in the Ili river delta (Kazakhstan). Problems of Ecological Monitoring and Ecosystem Modeling. 2020; 31(3-4):88-119. DOI: 10.21513/0207-2564-2020-3 -88-119 (rus.).
16. Sereda L.O., Kurolap S.A., Yablonskikh L.A. Ecological and geochemical assessment of technogenic pollution of the soil cover of industrial cities: monograph. Voronezh: Scientific Book, 2018; 196. (rus.).
17. Li L., Uyttenhove P., Eetvelde V.V. Planning green infrastructure to mitigate urban surface water flooding risk — a methodology to identify priority areas applied in the city of Ghent. Landscape and Urban Planning. 2020; 194:103703. DOI: 10.1016/j.landurb-plan.2019.103703
18. Melekhin A.G., Shchukin I.S. Analysis of existing bioengineering facilities for surface runoff treatment and the possibility of their application in the conditions of the Western Urals. Bulletin of PNRPU. Construction and Architecture. 2013; 2:40-50. (rus.).
19. Webber J.L., Fletcher T.D., Cunningham L., Fu G., Butler D., Burns M.J. Is green infrastructure a viable strategy for managing urban surface water flooding? Urban Water Journal. 2020; 17(7):598-608. DOI: 10.108 0/1573062X.2019.1700286
Received September 19, 2022.
Adopted in revised form on October 17, 2022.
Approved for publication on October 18, 2022.
Bionotes: Elena Yu. Zaykova — Candidate of Architecture, Associate Professor of the Department of Urban Planning, Deputy Director of the Institute of Architecture and Urban Planning; Moscow State University of Civil Engineering (National Research University) (MGSU); 26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337, Russian Federation; SPIN-code: 3019-6269, ID RISC: 503400, ORCID: 0000-0002-0555-9941; [email protected];
20. Sheina S.G., Yudina K.V. Ecological comfort as the main parameter of sustainable development of the city.
Construction and Architecture 2018; 33-37. (rus.).
21. Annual report of the ANO "Research Institute for Sustainable Development in Construction ". St. Petersburg, 2020; 35. URL: https://greenzoom.ru/books/18-ezegodnyj-otcet-ano-niiurs-za-2020-god/ (rus.).
22. Makarov A.O. Assessment of the ecological state of soils of some railway facilities of the Central Administrative District of Moscow : dis. ... cand. biological sciences. Moscow, 2014; 303. (rus.).
23. Evstigneeva Yu.V., Trofimenko Yu.V., Evstigneeva N.A. Bioremediation technologies for cleaning surface runoff from the road network of settlements. Student Scientific Forum : Materials of the XII International Student Scientific Conference. 2020. (rus.).
24. Urban street design guide. 2021. URL: treet-design-elements/stormwater-management/bioswales/
25. Kats M. Urban Street Design Guide. URL: tatik/files/products/516328/proektirovanie-gorodskih-ulic-9785916713558_1733.pdf (rus.).
26. Bassuk N.L., Dropkin E.M. Woody shrubs for stormwater retention practices. 2014; 56. DOI: 10.13140/ RG.2.1.4800.2328
27. Dergunova A.V., Piksaykina A.A. The use of porous pavements in creating the infrastructure of the urban environment. Vestnik MGSU [Proceedings of Moscow State University of Civil Engineering]. 2018; 13(12):1440-1447. DOI: 10.22227/19970935.2018.12.1440-1447 (rus.).
28. Potapov A.M., Maslova N.M., Struk O.V. Comparative calculation of the capacity ofnon-pressure pipelines made of various materials. Irkutsk, 2006; 7. URL: http://integra-chita.ru/all_docs/docs20091222095414. PDF (rus.).
29. Zaykova E.Y. Healing landscapes in the multifunctional hybrid objects. Proceedings ofthe Annual International Conference on Architecture and Civil Engineering. 2019; 347-355.
30. Zaykova E. Formation methods of hybrid urban spaces in the historic city center. E3S Web of Conferences. 2019; 97:01031. DOI: 10.1051/e3sconf/20199701031
31. Zaykova E. Strategies ensuring the stability of natural and urbanized biotopes in hybrid multifunctional objects. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2021; 1030(1):012065. DOI: 10.1088/1757-899x/1030/1/012065
< П
i н
G Г
0 CO n CO
1 < < -b J to
U -
r I
n о
<3 o <
oi n
CO CO
l\J CO
0
1
co co о о
cn
• ) n
л ■ -J 00 I T
(Л У
с о <D *
Ы 10
о о
10 10
10 10
Sofiia S. Feofanova — postgraduate student of the Department of Urban Planning; Moscow State University of Civil Engineering (National Research University) (MGSU); 26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337, Russian Federation; SPIN-code: 8352-1211; [email protected].
Contribution of the authors:
Elena Yu. Zaykova — scientific guidance, development of research methodology, scientific text editing, final conclusions. Sofiia S. Feofanova — collecting material, processing material, writing source text, creating illustrations and tables. The authors declare that there is no conflict of interest.
N N N N
o o
N N
* 0
U 3
> in
E M
to N
if <D <u
O g
o o CD CD
I
o
CO CM
in
.£ o
CL^
• c LO o
S g
o E
fe ° CD ^
T- ^
s
Ü w 0 (0
