Материал из РУВИКИ — свободной энциклопедии

Дождевой сад

Дождевой сад
Изображение
Логотип РУВИКИ.Медиа Медиафайлы на РУВИКИ.Медиа
Дождевой сад в Уитоне, штат Мэриленд, зимой

Дождевой сад — это искусственное или естественное углубление в земле, которое служит для сбора, последующей очистки и проникновения дождевой воды с крыш строений и других поверхностей, покрытых водонепроницаемым материалом. Это специальные ландшафтные сооружения, которые помогают уменьшить объём и степень загрязнения сточных вод с крыш, проездов, пешеходных дорожек, парковок и газонов[1].

Принципы

[править | править код]

В основе таких садов лежат растения и природная или искусственная почва, которые задерживают дождевую воду и увеличивают время её фильтрации. Одновременно с этим они очищают стоки от загрязняющих веществ, которые могут присутствовать в городских водах.

Дождевые сады также позволяют использовать выпадающие осадки для уменьшения необходимости дополнительного полива.

Кроме того, создание дождевых садов помогает снизить температуру воздуха и воды, что особенно важно в городских районах с большим количеством непроницаемых поверхностей, которые поглощают тепло, создавая так называемый эффект теплового острова[2].

В дождевых садах обычно высаживают растения, которые растут по краям болот. Среди них можно выделить полевые цветы, осока, камыши, папоротники, кустарники и небольшие деревья[3]. Эти растения поглощают питательные вещества и воду, которые поступают в дождевой сад, а затем испаряют воду обратно в атмосферу через наружные органы растения, называемый транспирацией. Кроме того, их глубокие корни создают дополнительные каналы для фильтрации ливневых вод в почву. Корневая система растений улучшает инфильтрацию, поддерживает или даже увеличивает проницаемость почвы, способствует перераспределению влаги и поддерживает популяции различных микроорганизмов, которые участвуют в биофильтрации. Эти микроорганизмы помогают расщеплять органические соединения, включая некоторые загрязняющие вещества, и удалять азот[4].

Дождевые сады приносят пользу во многих аспектах: они улучшают качество воды, фильтруя сточные воды, защищают от наводнений, создают красивые ландшафты и предоставляют возможности для разнообразных посадок. Они также способствуют развитию дикой природы и биоразнообразия, объединяют здания и окружающую среду в единое целое и создают благоприятную экологическую обстановку.

Кроме того, дождевые сады могут улучшить качество воды в близлежащих водоёмах и пополнить истощённые запасы грунтовых вод. Они также уменьшают количество загрязнённых стоков, попадающих в систему ливневой канализации. Это снижает нагрузку на инфраструктуру и уменьшает эрозию, загрязнение воды и частоту наводнений[5].

История

[править | править код]

Первые дождевые сады были созданы с целью имитации природных водосборников, которые существовали до начала урбанизации. В 1990 году в округе Принс-Джорджес, штат Мэриленд, застройщик Дик Бринкер решил заменить традиционный пруд на биофильтрационнуюю зону[6]. Он обратился к Ларри Коффману, инженеру-экологу и помощнику директора по программам и планированию Департамента экологических ресурсов округа[7].

В результате в жилом районе Сомерсет появились дождевые сады на территории каждого дома, площадью 28–37 м². Эта система оказалась очень экономичной. Вместо системы бордюров, тротуаров и водостоков, которая могла бы обойтись почти в 400 000 долларов, установка дренажных канав стоила всего 100 000 долларов. Это было гораздо выгоднее, чем строительство прудов, способных справиться с 2-, 10- и 100-летними ливнями. Исследования, проведённые в последующие годы, продемонстрировали, что дождевые сады способствуют уменьшению объёма ливневых стоков на 75–80% в условиях обычного дождя[7].

Некоторые дождевые сады появились ещё до того, как их признали важным инструментом LID (Low Impact Development) — метода пониженного воздействия при застройке. Любое небольшое углубление, созданное для сбора и фильтрации дождевой воды внутри сада, чтобы избежать её отвода за пределы участка, можно считать дождевым садом.

Растительные придорожные водосборники, которые сейчас называют «биодренажными канавами», остаются традиционным способом отвода стоков во многих регионах мира. Они появились задолго до того, как широкие сети бетонных канализаций стали нормой в промышленно развитых странах.

Городские стоки

[править | править код]
Дополнительные сведения: Урбанизация

Влияние городских стоков[править | править код]

В развитых городских районах естественные углубления, которые могли бы служить естественными накопителями дождевой воды, обычно покрываются непроницаемыми материалами, такими как асфальт, тротуарная плитка или бетон. Для удобства использования эти поверхности выравниваются . Поэтому дождевые осадки поступают только в ливневую канализацию, что может привести к её переполнению и, как следствие, к перегрузке объединённых канализационных систем. Это, в свою очередь, может вызвать загрязнение, эрозию или затопление водоёмов, в которое попадают сточные воды[8].

Сточные воды, как правило, теплее грунтовых вод. Их воздействие может негативно сказаться на некоторых водных экосистемах, особенно из-за снижения уровня растворённого кислорода[9]. Кроме того, сточные воды являются источником разнообразных загрязняющих веществ, которые смываются с твёрдых или уплотнённых поверхностей во время дождя. Они могут включать летучие органические соединения, пестициды, гербициды, углеводороды и следы металлов[10][11].

Системы управления ливневыми стоками[править | править код]

Управление ливневыми стоками является важным аспектом. Его необходимо учитывать в масштабах водосбора, чтобы предотвратить ухудшение качества городских вод в нижележащих районах. Водосборная система функционирует благодаря циклическому накоплению, хранению и движению грунтовых вод[12].

Дожди, выпадающие на поверхность, содержат нефть и бактерии, которые в конечном итоге попадают в ручьи и грунтовые воды[13]. Стратегии управления ливневыми водами направлены на очистку загрязнённых поверхностных стоков и возвращение переработанной воды в почву. Это способствует восстановлению системы водосбора и улучшению качества воды[2].

Эффективность систем управления ливневыми стоками оценивается по двум показателям: насколько долго и насколько эффективно задерживают воду.[14] Даже небольшие дождевые сады с небольшой ёмкостью могут в совокупности оказать значительное положительное влияние на улучшение городского стока[15]. Они способствуют уменьшению объёма загрязнённых ливневых вод, попадающих в природные водоёмы, и более быстрому пополнению грунтовых вод[16].

В данном контексте данной можно выделить два аспекта подхода к очистке воды с помощью биофильтрации, в частности, дождевых садов.

  • Первый аспект — использование естественных процессов в ландшафте и почве для хранения и фильтрации ливневых вод до того, как они превратятся в стоки. Это помогает уменьшить количество загрязнений, которые попадают в водоёмы.
  • Второй аспект — сокращение общего количества поверхностей, которые не позволяют загрязнённым городским стокам впитываться в почву.

Дождевые сады оказывают значительное влияние на гидрологическую систему в целом. В таких системах биофильтрации, как дождевые сады, вода проходит через различные слои почвы и растительности. Там происходит её очистка перед тем, как она попадает в грунтовые воды или в подземные дренажные системы. Кроме того, стоки из дождевых садов имеют более низкую температуру по сравнению с поверхностными стоками, что снижает тепловой удар по водоёмам[17].

Также, увеличение количества водопроницаемых поверхностей благодаря созданию городских дождевых садов уменьшает количество загрязнённых ливневых вод, попадающих в природные водоёмы, и способствует более быстрому пополнению грунтовых вод[18].

Биофильтрация

[править | править код]
Дождевой сад в Колледже экологических наук и лесного хозяйства в Сиракьюс, штат Нью-Йорк

Концепция LID (Low Impact Development) — метода пониженного воздействия при застройке — основывается на биофильтрации — методе ландшафтного и водного дизайна, который использует химические, биологические и физические свойства почвы, микроорганизмов и растений для контроля качества и количества воды на участке[17].

Биофильтрационные сооружения предназначены для управления водными ресурсами и могут очищать городские стоки, ливневые и грунтовые воды, а в некоторых случаях и сточные воды[19].

Дизайн

[править | править код]
Недавно посаженный домашний дождевой сад в Миннеаполисе

В дизайн дождевого сада входит множество сооружений, которые работают по принципу биофильтрации. Эти конструкции располагаются в определённом порядке и интегрируются в ландшафт в соответствии с тем, как осадки перемещаются от зданий и проницаемых поверхностей к садам и, в конечном итоге, к водоёмам.

Дождевой сад — это территория, где вода собирается и очищается, а растения помогают ускорить процесс инфильтрации, поддерживают разнообразие микроорганизмов и увеличивают ёмкость водохранилища[13].

Системы инфильтрации регулируют объём ливневых вод. Поэтому проектирование дождевого сада начинается с анализа участка и оценки нагрузки осадков на систему биофильтрации. Как минимум, дождевые сады должны быть рассчитаны на максимальный поток воды во время самого сильного ожидаемого ливня. Воздействие, оказываемое на систему, позволит определить оптимальный расход воды[16].

Существующие сады можно преобразовать в дождевые, изменив их планировку таким образом, чтобы вода стекала в них по водосточным трубам и асфальтированным поверхностям[20].

Некоторые растения не переносят, когда их корни постоянно находятся в воде, и не смогут справиться с большим количеством воды. Поэтому при выборе растений для дождевого сада нужно учитывать особенности участка и определить, сколько воды он сможет впитать.

Дождевой сад не только очищает городские стоки, но и создаёт подходящую среду обитания для местных бабочек, птиц и полезных насекомых[21].

Дождевые сады часто путают с биодренажными канавами. В отличие от последних, дождевые сады имеют ровную поверхность, без уклона. Однако в конце биодренажа может располагаться дождевой сад, который является частью более крупной системы управления ливневыми стоками.

Часть сада, где обычно находится стоячая вода, — это водный сад, болото или пруд, а не дождевой сад. Дождевые сады также отличаются от отстойников, где вода просачивается в грунт медленнее, в течение дня или двух[22].

Почва и дренаж[править | править код]

Собранная вода проходит через слои почвы или искусственного грунта, который называется субстратом. Когда почва насыщается, избыток воды остаётся на поверхности и в конечном итоге просачивается в грунт под ней.

Для создания почвенной смеси для биофильтрации обычно используют 60% песка, 20% компоста и 20% верхнего слоя почвы. Почвы с более высоким содержанием компоста более эффективно воздействуют на фильтрацию грунтовых и дождевых вод[23].

Для обеспечения максимальной эффективности системы биофильтрации необходимо периодически удалять и заменять непроницаемый грунт[24]. В случае, если почва на участке не способна эффективно пропускать воду и фильтровать её, необходимо провести замену грунта и установить систему дренажа. Для улучшения процесса просачивания воды и предотвращения засорения иногда используется сухой колодец, который заполняется несколькими слоями гравия. Он размещается в самой низкой точке дождевого сада. Однако такой колодец может быстро засориться илом, если он расположен в самом низу.

Чем сильнее загрязнены сточные воды, тем дольше они должны находиться в почве, чтобы очиститься. Чтобы ускорить этот процесс, можно использовать несколько небольших бассейнов, которые будут служить дождевыми садами. Почва в таких бассейнах должна быть расположена глубже уровня грунтовых вод. В некоторых случаях для фильтрации больших объёмов воды и удержания её в почве используются специальные биорезервуары с подпочвенным дренажем. Они позволяют замедлить просачивание воды, что способствует более эффективной очистке. В то же время, исследование, проведённое специалистами Геологической службы США, продемонстрировало, что дождевые сады на городских территориях с глинистыми почвами могут быть эффективными без применения подпочвенного дренажа или замены грунта на специальную смесь для биофильтрации[25].

Дождевые сады часто располагаются рядом с водосточными трубами на крышах зданий. Они могут быть оборудованы резервуарами для сбора дождевой воды или обходиться без них.

Большинство дождевых садов проектируются как конечные точки дренажной системы здания или городского участка. Они позволяют всей поступающей воде просачиваться через несколько слоёв почвы или гравия под поверхностными насаждениями. Для направления части дождевой воды в место перелива при сильных дождях может использоваться французский дренаж[2].

В случае, если в изначальном проекте не был предусмотрен дождевой сад, можно отсоединить водосточные трубы с крыши и перенаправить их в специально оборудованное место. Это позволит уменьшить нагрузку на обычную дренажную систему и направить воду на очистку через биофильтрационные системы[26].

Растительность

[править | править код]

В дождевом саду обычно высаживают многолетние травы и травянистые растения. Их выбирают за особенности корневой системы, которая хорошо впитывает воду, и за быстрый рост. Также в саду могут расти деревья и кустарники. Они нужны, чтобы скрыть большие участки на территории биофильтрации[27].

Для каждого сада растения подбирают индивидуально. Однако в целом для дождевых садов подходят те, которые хорошо растут и на влажной, и на сухой почве. Чтобы растения в саду были максимально эффективны, за ними нужно ухаживать. Они также должны сочетаться с другими видами растений на участке[28].

Для дождевых садов обычно выбирают местные растения, которые хорошо приспособлены к климату, почве и воде. Они имеют глубокую и разветвлённую корневую систему, которая помогает им лучше впитывать воду и лучше переносить засуху. Кроме того, такие растения повышают ценность среды обитания, способствуют разнообразию местных экологических сообществ и делают дождевой сад более устойчивым после его создания. Растения с развитой и плотной корневой системой способствуют поддержанию постоянного просачивания воды в системе биологической очистки. Однако использование местных видов растений может иметь свои минусы, например, позднее цветение весной, короткий период цветения и медленное укоренение[17].

В условиях дождевого сада важно обеспечить разнообразие видов растений, чтобы они могли адаптироваться к различным климатическим условиям. В течение всего срока службы сада возможны колебания уровня влажности, поэтому желательно включить растения нескольких видов, устойчивых к засухе.

При выборе растений для дождевого сада важно учитывать их способность переносить разные уровни влажности. Существует несколько категорий влагоустойчивости растений:

  • Растения, предпочитающие влажную почву, постоянно находятся в воде или на участках с длительным застоем поверхностных вод, таких как болота и заболоченные территории.
  • Растения, предпочитающие влажную почву, могут переносить более длительные периоды затопления.
  • Растения, предпочитающие мезическую почву, не являются ни влаголюбивыми, ни засухоустойчивыми, но могут переносить кратковременные периоды затопления[17].

В засушливых регионах дождевые сады играют важную роль в поддержании баланса воды. Растения, которые выбирают для таких садов, должны быть адаптированы к условиям, когда периоды засухи сменяются периодами обильных осадков. В умеренном климате дождевые сады не пересыхают полностью, но в засушливых регионах они должны поддерживать низкий уровень влажности почвы.

В то же время, дождевые сады не подвержены сильному заболачиванию, так как их задача — отводить излишки воды с участка. Растения, которые обычно выращивают в таких садах, способны поглощать большое количество осадков в течение года. Это помогает им пережить засушливый сезон.

Транспирация, то есть испарение влаги через листья, ускоряет высыхание почвы в периоды между дождями. В засушливых регионах дождевые сады играют важную роль в поддержании баланса воды[17].

При выборе растительности необходимо учитывать особенности участка и избегать вариантов, которые могут помешать биофильтрации[17].

Россия

[править | править код]

В 2022 году в Перми состоялось открытие первого дождевого сада в долине реки Егошихи. В администрации Перми объяснили, что дождевой сад — это территория с понижением уровня, которая служит для сбора дождевых вод. Эти воды медленно проходят через слой фильтрующих материалов, состоящих из влаголюбивых растений[29].

– Перед строительством объекта был проведён комплекс исследований, которые показали, что такие дождевые сады с флиртующей загрузкой способны извлекать тяжёлые металлы и нефтепродукты, поступающие с поверхностным стоком в водные объекты. Мы «перехватили» поверхностный сток и направили его на очистку в дождевой сад, после чего он будет направлен в реку Егошиху. Этот дождевой сад принимает поверхностный сток с прилегающей автодороги и автопарковки жилого дома по бульвару Гагарина, 26, – рассказал доцент кафедры водоотведения ПНИПУ, проектировщик дождевого сада Игорь Щукин.

В 2023 году в России открылся третий дождевой сад[30].

«Дождевые сады — это глубокие посадочные конструкции, сделанные из высокопроницаемых и богатых питательными веществами почв. В них также может быть добавлен слой грунта для повышения впитывающих свойств. Дождевые сады нужно проектировать так, чтобы после дождя оставшаяся в почве вода уходила, а сады высыхали, чтобы быть готовыми к следующим осадкам. Такие конструкции отлично подходят для пригородных улиц, а также для зон морозостойкости, разделительных полос и дорожных островков. Более сложноорганизованные дождевые сады с дренажными системами и укрепленной почвой называются биодренажными дождевыми садами. Они часто имеют прямоугольную форму и вертикальные бордюры, и их можно устанавливать вдоль инженерных сетей, улиц, линии роста деревьев и других уличных объектов. Вода в них попадает напрямую с улиц города, тротуаров и других асфальтированных или мощеных поверхностей. Обычно это выносливые и эстетически приятные глазу растения вкупе с впитывающими влагу материалами, которые приспособлены к суровым городским условиям и особенностям ухода за улицей зимой (например, использованию соли на тротуарах в зимние месяцы)», — Евгения Грилли, партнер и ведущий архитектор британского бюро ландшафтного дизайна Gillespies[30].

Примечания

[править | править код]
  1. ↑ Rain Gardens. Soak Up the Rain. EPA (28 апреля 2016).
  2. ↑ 1 2 3 France, R. L. (Robert Lawrence). Handbook of water sensitive planning and design. — Lewis Publishers, 2002. — ISBN 978-1-4200-3242-0.
  3. ↑ Evapotranspiration and the Water Cycle. www.usgs.gov. Дата обращения: 16 августа 2019.
  4. ↑ B.C. Wolverton, Ph.D., R.C. McDonald-McCaleb (1986). “Biotransformation of Priority Pollutants Using Biofilms and Vascular Plants.” Архивировано 7 апреля 2009 года. Journal of the Mississippi Academy of Sciences. Vol. XXXI, pp. 79-89.
  5. ↑ University of Rhode Island. Healthy Landscapes Program. “Rain Gardens: Enhancing your home landscape and protecting water quality.” Архивировано 23 октября 2015 года.
  6. ↑ “Urban Runoff” (PDF). Nonpoint Source News-Notes. Washington, D.C.: U.S. Environmental Protection Agency (EPA) (42). August 1995. Архивировано из оригинала (PDF) 2012-07-07.
  7. ↑ 1 2 Wisconsin Natural Resources (magazine). “Rain Gardens Made One Maryland Community Famous.” February 2003.
  8. ↑ Kuichling, E. 1889. "The relation between the rainfall and the discharge of sewers in populous districts." Trans. Am. Soc. Civ. Eng. 20, 1–60.
  9. ↑ Leopold, L. B. 1968. "Hydrology for urban land planning: A guidebook on the hydrologic effects of urban land use." Geological Survey Circular 554. United States Geological Survey.
  10. ↑ Novotny, V. and Olem, H. 1994. "Water Quality: Prevention, Identification, and Management of Diffuse Pollution." Van Nostrand Reinhold, New York.
  11. ↑ Waananen, A. O. 1969. "Urban effects on water yield" in W. L. Moore and C. W. Morgan (eds), Effects of Watershed Changes on Streamflow. University of Texas Press, Austin and London.
  12. ↑ Urban Stormwater Management in the United States. — 2009-02-17. — ISBN 978-0-309-12539-0. — doi:10.17226/12465.
  13. ↑ 1 2 Mangangka, Isri R.; Liu, An; Goonetilleke, Ashantha & Egodawatta, Prasanna (2016), Storm Water Treatment, Springer Singapore, с. 1–14, ISBN 978-981-10-1659-2, DOI 10.1007/978-981-10-1660-8_1 
  14. ↑ Yuan, Jia; Dunnett, Nigel; Stovin, Virginia (2017-08-18). “The influence of vegetation on rain garden hydrological performance”. Urban Water Journal. 14 (10): 1083—1089. Bibcode:2017UrbWJ..14.1083Y. DOI:10.1080/1573062x.2017.1363251. ISSN 1573-062X. S2CID 114035530.
  15. ↑ Дождевой сад. permm.ru. Дата обращения: 20 декабря 2024.
  16. ↑ 1 2 Water Environment Federation. American Society of Civil Engineers. Urban runoff quality management. — WEF, 1998. — ISBN 1-57278-039-8.
  17. ↑ 1 2 3 4 5 6 Dunnett, Nigel. Rain gardens : managing water sustainably in the garden and designed landscape. — Timber Press, 2008. — ISBN 978-0-88192-826-6.
  18. ↑ Hess, Amanda; Wadzuk, Bridget; Welker, Andrea (2015-05-14). “Evapotranspiration and Infiltration in Rain Garden Systems”. World Environmental and Water Resources Congress 2015. Reston, VA: American Society of Civil Engineers: 261—270. DOI:10.1061/9780784479162.025. ISBN 978-0-7844-7916-2.
  19. ↑ Bioretention Areas & Rain Gardens. megamanual.geosyntec.com. Дата обращения: 8 марта 2022.
  20. ↑ Города-«губки», крыши ноу-хау и дождевые сады, Коммерсантъ (30 октября 2019). Дата обращения: 20 декабря 2024.
  21. ↑ The Beneficial Beauty of Rain Gardens – The Native Plant Herald (амер. англ.). Дата обращения: 9 марта 2022.
  22. ↑ Rain Gardens: Stormwater Management Solution (амер. англ.). Horst Excavating (6 апреля 2020). Дата обращения: 9 марта 2022.
  23. ↑ Muthanna, T. M.; Viklander, M.; Thorolfsson, S. T. (2008). “Seasonal climatic effects on the hydrology of a rain garden”. Hydrological Processes. 22 (11): 1640—1649. Bibcode:2008HyPr...22.1640M. DOI:10.1002/hyp.6732. ISSN 0885-6087. S2CID 128987744.
  24. ↑ Archived copy. Дата обращения: 16 января 2013. Архивировано 12 декабря 2013 года.
  25. ↑ Sustainable City Network, Dubuque, IA (2011-02-21)."USGS: Rain Gardens Work Regardless of Soil Conditions."
  26. ↑ Dietz, Michael E.; Clausen, John C. (2005). “A Field Evaluation of Raingarden Flow and Pollutant Treatment”. Water, Air, & Soil Pollution. 167 (1—4): 123—138. Bibcode:2005WASP..167..123D. CiteSeerX 10.1.1.365.9417. DOI:10.1007/s11270-005-8266-8. S2CID 11956259.
  27. ↑ Hunt, William F.; Lord, Bill; Loh, Benjamin & Sia, Angelia (2014-10-29), Introduction, Springer Singapore, с. 1–6, ISBN 978-981-287-244-9, DOI 10.1007/978-981-287-245-6_1 
  28. ↑ Dussaillant et al. [1] Journal of Hydrologic Engineering
  29. ↑ В Перми состоялось открытие первого дождевого сада в долине реки Егошихи - Муниципальное образование город Пермь. www.gorodperm.ru. Дата обращения: 20 декабря 2024.
  30. ↑ 1 2 В Кирове появится свой дождевой сад – в России он станет третьим. bnkirov.ru. Дата обращения: 20 декабря 2024.

Литература

[править | править код]

Ссылки

[править | править код]
Источник — https://ru.ruwiki.ru/w/index.php?title=Дождевой_сад&oldid=1200740926