Технические решения по использованию поверхностного стока от водонепроницаемых покрытий для полива озелененных элементов жилой застройки | Статья в сборнике международной научной конференции

Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 21 декабря, печатный экземпляр отправим 25 декабря.

Опубликовать статью в журнале

Автор:

Научный руководитель:

Рубрика: 5. Архитектура и строительство

Опубликовано в

LXXXI международная научная конференция «Исследования молодых ученых» (Казань, май 2024)

Дата публикации: 26.04.2024

Статья просмотрена: 28 раз

Библиографическое описание:

Шаршнева, П. А. Технические решения по использованию поверхностного стока от водонепроницаемых покрытий для полива озелененных элементов жилой застройки / П. А. Шаршнева. — Текст : непосредственный // Исследования молодых ученых : материалы LXXXI Междунар. науч. конф. (г. Казань, май 2024 г.). — Казань : Молодой ученый, 2024. — С. 144-155. — URL: https://moluch.ru/conf/stud/archive/515/18480/ (дата обращения: 13.12.2024).



В статье представлены результаты исследования по использованию части поверхностного стока на полив зеленых насаждений в непосредственной близости от места их образования. Выполнены расчеты и подбор основного оборудования технологической схемы. Построена балансовая схема (по концентрациям).

Ключевые слова: полив, поверхностный сток, озеленение, среда обитания, городская застройки.

Зеленые крыши — современный инструмент для создания комфортной и качественной городской среды, учитывающий множество потребностей и решающий часть проблем населенных мест. Их часто относят к направлениям устойчивого развития территории городской застройки.

При этом, устойчивое развитие территории городской застройки согласно Ст. 1 Градостроительного кодекса РФ подразумевает обеспечение при реализации градостроительной деятельности безопасности и благоприятных условий жизнедеятельности человека, предотвращение негативного влияния хозяйственной и другой деятельности на окружающий мир, а также обеспечение охраны и адекватного применения природных ресурсов, учитывая интересы будущих поколений.

Примеры реализации зеленых крыш (рис. 1) могут служить проекты стран Европы (дом «Лесная спираль» в Германии; ТРЦ «Zorlu Center» в Стамбуле, Турция), Азии (отель «Marina Bay Sands», Сингапур; многофункциональный общественный центр в Чунцине, Китай), США (калифорнийская академия наук в Сан-Франциско; конференц-центр в Ванкувере, Канада) и России (многофункциональный комплекс «Аэропорт Сити» и элитный жилой комплекс «Диадема» в Санкт-Петербурге).

Примеры зеленых крыш: а) дом «Лесная спираль» в Германии; б) многофункциональный общественный центр в Чунцине, Китай; в) калифорнийская академия наук в Сан-Франциско; г) многофункциональный комплекс «Аэропорт Сити» в Санкт-Петербурге

Рис. 1. Примеры зеленых крыш: а) дом «Лесная спираль» в Германии; б) многофункциональный общественный центр в Чунцине, Китай; в) калифорнийская академия наук в Сан-Франциско; г) многофункциональный комплекс «Аэропорт Сити» в Санкт-Петербурге

Дождевые сточные воды (или поверхностный сток) — перспективный ресурс, который должен быть использован грамотно, экономично и экологично в пределах городской застройки. Часть стока допустимо использовать повторно, так как качественно она относится к категории относительно чистых, например, стоки с серых кровель (с водонепроницаемым покрытием из полимерных мембран, битумов и мастик). Но сейчас дождевые воды с таких видов поверхностей преимущественно удаляются на очистные сооружения в общем потоке со всеми другими видами поверхностного стока. При этот происходит увеличение объемов отводимых по сети трубопроводов и очищаемых стоков на очистных сооружениях, что приводит к увеличению диаметров, производительности оборудования, задействованного в процессах водоподготовки. В свою очередь это сказывается на итоговой стоимости инженерной системы и её обслуживания.

В связи с этим, актуальным направлением становится сбор и повторное использование поверхностного стока для полива зеленых насаждений зданий и сооружений городской застройки [1, 2, 3]. В данной работе рассмотрены количественные и качественные характеристики систем с очисткой и повторным использованием поверхностного стока с серых крыш для полива озеленения в пределах квартала жилой застройки. Представлен комплекс мероприятий по обслуживанию и поддержанию работы данной системы и сопутствующего оборудования.

В качестве исходного объекта проектирования выбраны три квартала ЖК «Дивный квартал у озера» в городе Тюмень (рис. 2).

Генеральный план жилого квартала

Рис. 2. Генеральный план жилого квартала

Проект включает в себя 3 очереди. Проект состоит из 12 домов с секциями от 5 до 23 этажей. Дополнительным элементом данной проекта являются стилобатная часть, находящаяся над подземной парковкой и приподнятая над тротуаром и огражденная кустарниками и деревьями. Так же в проекте спроектированы эксплуатируемые зеленные кровли, предназначенные для террас квартир и коммерческих помещений. Жилой комплекс спроектирован в 2023–2024 году, на данный момент ведется строительство и ввод в эксплуатацию его частей.

В таблице 1 представлена характеристика видов покрытия, представленных на рассматриваемом объекте. Площадь застройки составляет 2,61 га, включая 0,26 га озеленения, в состав которого входят зеленые эксплуатируемые крыши и стилобаты.

Таблица 1

Виды и площади покрытий кварталов

п/п

Виды покрытия

Общая площадь, га

в га

в %

1

Кровли серые

0,61

23

2

Газоны, стилобаты и зеленые кровли

0,19+0,07

10

3

Асфальтобетонные покрытия

1,54

60

4

Щебеночные покрытия

0,2

7

Итого:

2,61

100,0

Зеленые крыши и зеленые стилобаты над подземными парковками решают не только вопрос озеленения и благоустройство участка, но и способствуют уменьшению количества поверхностного стока с данной территории, за счет инфильтрации и удержании воды в почве, испарения с поверхности почвы и растений, и поглощения воды растениями.

Для дополнительной подпитки растений необходимо использование питьевой воды из общедомового хозяйственно-питьевого водопровода, что повышает эксплуатационные издержки данных сооружений. Эту проблему можно решить, если использовать для полива озеленения в пределе участка относительно чистые воды с поверхности серых кровель.

Таким образом, предлагаемое техническое решение по отведению и очистке поверхностного стока с проектируемой территории будет происходить по двум основным направлениям:

– с обычных кровель вода с апреля по август будет собираться в резервуары для полива зеленых кровель и зеленых насаждений на территории жилых комплексов. В осенний период резервуар опорожняется перед зимним сезоном, а дождевая вода с обычных кровель сбрасывается в общую систему отведения поверхностного стока в периоды без дождей. Тем самым исключается застой воды в резервуаре в период отсутствия полива и снижаются расчетные (максимальные секундные) расходы в период дождей за счет сбора стока с кровель и опорожнения резервуаров в благоприятный период в общую систему отведения поверхностного стока;

– основная система отведения поверхностного стока, в которую поступают поверхностный сток со всей остальной территории. Происходит отведение за пределы участка, отстаивание в аккумулирующем резервуаре с последующей очисткой на локальных очистных сооружениях (ЛОС) и сброс очищенных вод в искусственный рекреационный водоем.

Важной составляющей предлагаемой схемы является регулирующий резервуар [4], объем которого назначается, исходя из количества дождевых осадков (таблица 2). Расчетный период накопления: март (талые воды) и апрель…август (дождевые воды). Период вегетации растений в Тюмени приходится так же на май…сентябрь. Талые воды в период таяния попадают в резервуар, и позже резервуар опорожняется в общую систему отведения поверхностного стока в благоприятный период — в период минимального расхода в системе.

Среднегодовой объем дождевых талых вод , стекающих с селитебных территорий, определяется по формулам:

(1)

(2)

где — слой осадков, мм, за теплый период года для расчетного периода с апреля по октябрь и за холодный период года соответственно, определяется по данным СП 131.13330 «Строительная климатология»; общий коэффициент стока дождевых и талых вод;

площадь стока коллектора, га; коэффициент, учитывающий уборку снега, в данном случае примем равным 1.

При этом будет проводится полный сбор дождевых осадков для полива, а талые воды будут отводится с усредненным расходом на очистные сооружения через общую систему отведения поверхностного стока.

Согласно Постановлению от 28 ноября 2022 года N 198-пк «Об утверждении Порядка озеленения территории города Тюмени, благоустройства (в том числе создания) озелененных территорий города Тюмени» принята периодичность полива газонов — раз в 7 дней по 35 литров на 1 м 3 (с мая по сентябрь: 123 дня / 7 = 17 поливки), полив для деревьев составляет 3 поливки по 40 л на 1 дерево за сезон. Тогда потребность зеленых насаждений в воде:

(3)

Таким образом при полном сборе воды и вторичном ее использовании почти полностью перекрывается потребность в воде для полива озеленения жилых кварталов. Излишки воды отводятся в общую систему сбора поверхностного стока. Для накопления воды подберем резервуар на максимальное месячное количество осадков в июле:

где самый большой слой осадков, мм, за теплый период выпадающий на данную территорию в течении месяца, данные получены на сайте weatherspark.com [5] и представлены в таблице 2.

Таблица 2

Среднемесячное количество дождевых осадков в период январь…декабрь [5].

Месяц

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

Количество

осадков, мм

0,2

0,4

4,6

20,0

42,6

44,4

46,2

40,6

40,7

20,9

6,0

0,9

По результатам, принято три резервуара вместимостью 75 м 3 , у каждого квартала жилой застройки должен быть свой резервуар для сбора воды и полива. Резервуар горизонтальной БиоПроект — НР75 будет располагаться под землей в пределах участка застройки или, при технической возможности, в технических помещениях на территории паркинга, в технических помещениях на территории жилого комплекса. Чертеж резервуара представлен на рисунке 3.

Резервуар горизонтальный пластиковый БиоПроект- НР75: 1 — корпус; 2 — колодец; 3 — крышка колодца; 4 — вентиляция угловая; 5 — лестница; 6 — подводящий патрубок; 7 — отводящий патрубок

Рис. 3. Резервуар горизонтальный пластиковый БиоПроект- НР75: 1 — корпус; 2 — колодец; 3 — крышка колодца; 4 — вентиляция угловая; 5 — лестница; 6 — подводящий патрубок; 7 — отводящий патрубок

Для подачи воды требуется насосное оборудование для подачи воды до точки подачи на отметку кровли 1-го этажа. Напорный трубопровод также допустимо использовать для опорожнения и очистки системы.

Согласно СП 30.13330, расход воды из поливочного крана равен 0,3 л/с = 1,08 м 3 , высота напора от пола подземного паркинга до кровли

1-го этажа составляет Н = 10 м (+ потери напора по длине для напорных полиэтиленовых труб с внутренним диаметром 25 мм и длиной 40 м = 0,87 м). Принимаем 1 рабочий и 1 резервный погружной насос ANTARUS НКД-50–7–10–0,75–1ПТ для каждого резервуара. Характеристики насоса и рабочая точка представлены на рисунке 4.

Рабочая характеристика насоса ANTARUS НКД-50–7–10–0,75–1ПТ

Рис. 4. Рабочая характеристика насоса ANTARUS НКД-50–7–10–0,75–1ПТ

Также необходимо учитывать аспекты качества и особенности очистки поверхностного стока с серых крыш [6]. Количество загрязняющих веществ, содержащихся в сточных водах, поступающей с территории кварталов, определено требованиями СП 32.13330. Значения представлены в таблице 3.

Таблица 3

Значения концентраций в дождевом и талом стоках для различных участков водосборных поверхностей селитебных территорий

Тип

застройки

Дождевой сток

Талый сток

Взвешенные вещества, мг/дм 3

БПК5, мгО 2 /дм 3

Нефтепродукты, мг/дм 3

Взвешенные вещества, мг/дм 3

БПК5, мгО 2 /дм 3

Нефтепродукты, мг/дм 3

Современная жилая застройка

650

40

12

2500

50

20

Кровли зданий и сооружений

<20

<10

0,01–0,7

<20

<10

0,01–0,7

Согласно нормативной документации, поверхностные стоки с кровель чище по отношению к стокам с остальных поверхностей жилой застройки в пределах данных кварталов. Учет нормативных концентрации загрязняющих веществ в сбрасываемых в водоем очищенных вод, согласно Постановления Правительства РФ от 15.09.2020, № 1430 «Об утверждении технологических показателей наилучших доступных технологий в сфере очистки сточных вод с использованием централизованных систем водоотведения поселений или городских округов» представлены в таблице 4. Категория водоема для сброса очищенных поверхностных вод — В. Также в таблице приведены концентрации загрязняющих веществ на входе и выходе, а также эффект от очистки поверхностного стока в аккумулирующем резервуаре.

Таблица 4

Показатели концентраций загрязняющих веществ

Загрязняющие вещества

Концентрации загрязняющих веществ, мг/л

сбросе из очистных сооружений в водоем категории В

дождевой сток и талые воды

на входе

С вход , мг/л

на выходе

С выход , мг/л

эффект очистки

Э тр , %

Взвешенные

вещества

15

≈ 20

0

100

Нефтепродукты

2

≈ 0,7

0

100

ХПК

60

не определялись

БПК 5

12

≈ 10

0

100

Фосфор

фосфатов

1

не определялись

В аккумулирующем резервуаре происходит гидравлическое отстаивание воды от взвешенных веществ, органики и задержание пленок нефтепродуктов. В конструкцию аккумулирующего резервуара включены пескоуловители в виде решетки с прозором 2 мм, нижняя стенка (высота 1/2 высоты резервуара) для удержания взвешенных частиц и осадка, и верхняя стенка (высота 1/3 резервуара) для улавливания пленок нефтепродуктов, находящихся на поверхности воды. После прохождения полного цикла очистки данная вода близка к природной и пригодна для полива. Балансовая схема по движению воды от сооружения к сооружению приведена на рисунке 5.

Принципиальная балансовая схема установки (с концентрациями загрязняющий веществ на входе Свход и выходе Свыход из резервуара)

Рис. 5. Принципиальная балансовая схема установки (с концентрациями загрязняющий веществ на входе С вход и выходе С выход из резервуара)

В качестве дополнительных мер водоподготовки можно предусмотреть УФО-установку, встроенную в корпус резервуара на выпуске, для уничтожения бактерий и патогенов, болезнетворных для растений и организмов, находящихся в почве. Комплекс поддерживающих мер включает очистку и проверку резервуара в сезон активного таяния снега и пролива дождей. Очистку резервуара и сброс воды рекомендуется проводить в конце сезона (сентябрь), для исключения застоев воды и засоров от таких вод и осадка сточных вод.

По данным, представленным выше, можно сделать вывод о эффективности данной системы для снижения издержек содержания и эксплуатации систем зеленых крыш и зеленых стилобатов в пределах жилой застройки.

Эффект системы достигается за счет:

– бесперебойности системы полива из образующихся запасов в границах жилого квартала;

– снижение нагрузки на квартальную систему отведения поверхностного стока;

– очистка поверхностных стоков перед сбросом в окружающую среду;

– экологичное и экономное использование природных ресурсов

При этом необходимо учитывать, что требуются определенные операционные затраты, обусловленные эксплуатацией дополнительного оборудования (резервуар, насосное оборудование и их обслуживание).

Литература:

  1. Иванюшин Ю. А. Зеленые крыши как элемент городской среды и их влияние на дождевые системы водоотведения / Ю. А. Иванюшин, П. А. Шаршнёва. — Текст: электронный // Актуальные проблемы строительной отрасли и образования. — 2023: сборник докладов IV Национальной научной конференции (г. Москва, 15 декабря 2023 г.). — Москва: Издательство МИСИ–МГСУ. — НИУ МГСУ, 2024. — С. 546–553. — URL: https://mgsu.ru/resources/izdatelskaya-deyatelnost/izdaniya/izdaniya-otkr-dostupa/59774/ (дата обращения: 08.04.2024).
  2. Злобина Е. Ю. Возможность использования атмосферных осадков в водоснабжении крупных объектов инфраструктуры / Е. Ю. Злобина, Ю. А. Иванюшин. — Текст: непосредственный // Северный морской путь, водные и сухопутные транспортные коридоры как основа развития Сибири и Арктики в ХХI веке: сборник докладов ХХ Международной научно-практической конференции. Том I. — Тюмень: ТИУ, 2018. — С. 100–104.
  3. Злобина Е. Ю. Использование атмосферных осадков в водоснабжении / Е. Ю. Злобина, Ю. А. Иванюшин. — Текст: непосредственный // Энергосбережение и инновационные технологии в топливно-энергетическом комплексе: материалы Международной научно-практической конференции студентов, аспирантов, молодых ученых и специалистов. Отв. ред. А. Н. Халин. — Тюмень: ТИУ, 2018. — С. 165–168.
  4. Проектирование систем сбора и очистки поверхностных сточных вод: учебное пособие / Е. И. Вялкова, С. В. Максимова, Ю. А. Иванюшин, А. М. Фугаева. — Тюмень: ТИУ, 2020. — 140 с. — Текст: непосредственный.
  5. Weather Spark: сайт. URL: https://ru.weatherspark.com (дата обращения: 08.04.24).
  6. Янцен О. В. Возможности повторного использования дождевых сточных вод / О. В. Янцен, Е. С. Гогина, К. Г. Колосова, Е. В. Спасибо. — Текст: непосредственный // Природообустройство. — 2023. — № 5. — С.73–80. — URL: https://doi.org/10.26897/1997–6011–2023–5–73–80 (дата обращения: 08.04.2024).

Ключевые слова

озеленение, полив, среда обитания, поверхностный сток, городская застройки

Похожие статьи

Вертикальное озеленение многоэтажных домов города Комсомольска-на-Амуре

В статье представлено теоретическое изложение актуальности вертикального озеленения городской среды с позиции экологического оздоровления окружающей среды. С учетом теоретической базы, разработан проект использования мини — фермы для озеленения прост...

Оценка эффективности работы сооружений для механической очистки и их реконструкция на примере города в Иркутской области

В данной статье дана оценка эффективности работы сооружений для механической очистки хозяйственно-бытовых сточных вод города и производственных сточных вод промышленного района нефтеперерабатывающего завода на примере города в Иркутской области. Сфо...

Современные подходы к оценке экологических функций зеленых насаждений городских территорий (на примере г. Могилева, Республика Беларусь)

В данном материале рассматривается роль зеленых насаждений по оптимизации условий урбанизированных территорий, приводятся примеры оценки их экологических функций.

Обоснование внедрения роботизированной системы для озеленения придомовой и городской территории

В статье приводятся обоснование эффективности внедрения роботизированной системы в процесс озеленения городской и придомовой территории и сравнение производительности системы с производительностью человека.

Организация поточной застройки жилых комплексов

В статье рассматриваются вопросы, связанные с разработкой алгоритма оптимальной организационно-технологической последовательности возведений жилых комплексов (кварталов и микрорайонов).

Оценка воздействия железнодорожного транспорта на почвы прилегающих территорий

В статье рассматривается общая характеристика загрязнения почв тяжелыми металлами, основные источники загрязнения. Даны рекомендации по снижению проникновения тяжелых металлов в почвы прилегающих территорий.

Значение зелёных насаждений в городской среде

Выявлена актуальность озеленения улиц и парков городов РФ. Рассмотрены причины необходимости озеленения улиц с точки зрения экологии и эстетики. Приведены примеры технических устройств для упрощения процесса создания зелёных насаждений.

Снижение тепловых потерь путем термореновации зданий

В данной статье рассмотрены основные предпосылки создания эффективных инструментов для исследования естественной вентиляции с ветровым побуждением, рассмотрены примеры применения данных систем на конкретных объектах, выявлены достоинства и недостатки...

Применение углеволокна для усиления зданий культурного наследия

В статье поставлена цель изучить особенности реконструкции и эксплуатации зданий культурного наследия. В статье рассмотрены области применения и преимущества углеволокна. В результате анализа выявлены задачи внедрения способа усиления зданий КГИОПа п...

Совершенствование системы озеленения и ландшафтное благоустройство улиц и дорог

В статье рассматриваются методы и нормы совершенствования системы озеленения и ландшафтного благоустройства улиц и дорог Узбекистана. Даны рекомендации по дальнейшему усовершенствованию.

Похожие статьи

Вертикальное озеленение многоэтажных домов города Комсомольска-на-Амуре

В статье представлено теоретическое изложение актуальности вертикального озеленения городской среды с позиции экологического оздоровления окружающей среды. С учетом теоретической базы, разработан проект использования мини — фермы для озеленения прост...

Оценка эффективности работы сооружений для механической очистки и их реконструкция на примере города в Иркутской области

В данной статье дана оценка эффективности работы сооружений для механической очистки хозяйственно-бытовых сточных вод города и производственных сточных вод промышленного района нефтеперерабатывающего завода на примере города в Иркутской области. Сфо...

Современные подходы к оценке экологических функций зеленых насаждений городских территорий (на примере г. Могилева, Республика Беларусь)

В данном материале рассматривается роль зеленых насаждений по оптимизации условий урбанизированных территорий, приводятся примеры оценки их экологических функций.

Обоснование внедрения роботизированной системы для озеленения придомовой и городской территории

В статье приводятся обоснование эффективности внедрения роботизированной системы в процесс озеленения городской и придомовой территории и сравнение производительности системы с производительностью человека.

Организация поточной застройки жилых комплексов

В статье рассматриваются вопросы, связанные с разработкой алгоритма оптимальной организационно-технологической последовательности возведений жилых комплексов (кварталов и микрорайонов).

Оценка воздействия железнодорожного транспорта на почвы прилегающих территорий

В статье рассматривается общая характеристика загрязнения почв тяжелыми металлами, основные источники загрязнения. Даны рекомендации по снижению проникновения тяжелых металлов в почвы прилегающих территорий.

Значение зелёных насаждений в городской среде

Выявлена актуальность озеленения улиц и парков городов РФ. Рассмотрены причины необходимости озеленения улиц с точки зрения экологии и эстетики. Приведены примеры технических устройств для упрощения процесса создания зелёных насаждений.

Снижение тепловых потерь путем термореновации зданий

В данной статье рассмотрены основные предпосылки создания эффективных инструментов для исследования естественной вентиляции с ветровым побуждением, рассмотрены примеры применения данных систем на конкретных объектах, выявлены достоинства и недостатки...

Применение углеволокна для усиления зданий культурного наследия

В статье поставлена цель изучить особенности реконструкции и эксплуатации зданий культурного наследия. В статье рассмотрены области применения и преимущества углеволокна. В результате анализа выявлены задачи внедрения способа усиления зданий КГИОПа п...

Совершенствование системы озеленения и ландшафтное благоустройство улиц и дорог

В статье рассматриваются методы и нормы совершенствования системы озеленения и ландшафтного благоустройства улиц и дорог Узбекистана. Даны рекомендации по дальнейшему усовершенствованию.