Изменение климата оказывает все большее влияние на жизнедеятельность городских агломераций, требует решений по устойчивому управлению водными ресурсами внутри города.
Опыт ряда европейских стран показывает, что задачи, связанные с использованием городских водных ресурсов и управлением ими, обусловлены взаимодействием многих факторов, таких как демографические, экономические, политические, экологические, культурные и социальные. Некоторые из этих задач можно реализовать с помощью природоподобных решений.
Обзор практики зарубежных коллег, опубликованный журнале «НДТ» № 4-2021, будет интересен с точки зрения осмысления необходимости системного развития данного направления, постепенного перехода от применения различных технологий по отдельности к накоплению знаний, позволяющих использовать их в комплексе и продвигаться к экономике замкнутого цикла. В перспективе, замкнув городскую схему циркуляции воды, появится возможность стимулировать ограничение сброса жидких отходов и сокращение постоянно растущей потребности в дополнительных водных ресурсах.
Практические решения неразрывно связаны с местными климатическими условиями и не могут служить типовым решением для российских городов. Вместе с тем, сами подходы к управлению водой единообразны, налицо их эволюция.
Рисунок 1. Историческое развитие водоснабжения и водопользования можно представить (переработано из Brown etal. (2009) и Blue Green Solution (2017)).
С точки зрения экологии жизненного пространства и здоровья человека, необходимо интегрировать воду в городскую планировку, поэтому современный подход к комплексному градостроительному проектированию с учетом управления водными ресурсами и ландшафтного планирования, предполагает реализацию природоподобных технологических решений (ПР), так называемой эко-инженерии.
К таким решениям можно отнести зеленые крыши, системы биофильтрации, «дождевые леса» и гидрофитные системы, которые сочетают в себе функции очистки и накопления и стимулируют множество качеств экосистем, включая биоразнообразие и возвращение дождевой воды в местный водный цикл посредством эвапотранспирации (суммарного испарения). Естественный почвенный покров удерживает только 10 % поверхностного стока, 40 % удаляется через эвапотранспирацию и 50 % ‒ за счет инфильтрации, в то время как непроницаемое покрытие накапливает 55 % поверхностного стока при 30 % эвапотранспирации и 15 % инфильтрации.
Существующие системы управления городскими водными ресурсами во многих случаях не могут обеспечить решение проблемы количества и качества воды для реализации концепции городской циркулярной экономики. Синергия постоянно растущих городских территорий с непроницаемыми поверхностями и антропогенным загрязнением, а также климатические изменения с ростом числа экстремальных метеорологических явлений требует нового подхода к обеспечению устойчивости городов в отношении социально-экологических нагрузок.
Рисунок 2. Выявленные водные проблемы и последствия урбанизации, а также варианты их минимизации с помощью природоподобных решений (Blue Green Solution, 2017).
Один из наиболее распространенных способов внедрения ПР ‒ так называемые зелено-голубые инфраструктуры. Они являются ключевыми элементами в комплексном планировании (перспективных) городских регионов. Соответственно, зелено-голубые инфраструктуры создают стратегически спланированные сети искусственных природных пространств в городах, а использование ПР направлено на минимизацию влияния климатических изменений на городские районы и обеспечивает формирование различных экосистемных услуг, приносящих пользу обществу, окружающей среде и экономике. Зелено-голубые инфраструктуры предусматривают создание многофункциональных структур в виде разнообразных зеленых насаждений в сочетании с элементами комплексного градостроительного проектирования с учетом управления водными ресурсами и ландшафтного планирования для стимулирования устойчивого развития городов. Поскольку осадки являются ограниченным ресурсом, а наводнения и засухи будут учащаться из-за климатических изменений, города могут адаптировать стратегии комплексного градостроительного проектирования с учетом управления водными ресурсами и ландшафтного планирования, которые сосредоточены на управлении всеми водными потоками в городе.
Будущее городских водных систем смещается в сторону ресурсоориентированных, комплексных, экологически рациональных, распределенных и природных решений. Соответственно, очистка сточных вод будет расширяться процессами производства из них всевозможных вторичных ресурсов. Множественными целями, помимо очистки воды, могут быть производство удобрений, озеленение городов, сохранение биоразнообразия и использование технической воды для систем кондиционирования, и это лишь один из возможных комплектов. Согласно имеющимся данным, это путь к прекращению сбросов неочищенных сточных вод ‒ цель, установленная в ЦУР 6: чистая вода и санитария (ООН 2015).
Основываясь на представленном обзоре литературы и тематических исследованиях, можно выделить три основных направления реализации ПР:
- управление ливневыми стоками,
- взаимосвязь вода-продовольствие-энергия с использованием воды для производства продовольствия и энергии
- борьба с загрязнением воды.
В контексте управления городскими водными ресурсами борьба с загрязнением смещается в сторону восстановления ресурсов, при этом традиционное разделение между водоснабжением, водоотведением и удалением ливневых стоков сталкивается с новыми вызовами ‒ повторным использованием доочищенных сточных вод и ливневых стоков в отраслях, где качество питьевой воды не обязательно.
В обзоре описан ряд реализованных проектов, связанных с использованием ПР для управления поверхностным стоком.
По мнению составителей обзора, использование природных решений позволяет:
- смягчить воздействие наводнений и засух, одновременно поддерживая управление ливневыми стоками и водоснабжением;
- поддерживать естественный гидрологический режим, несмотря на застройку и частичное замощение поверхностей, не в последнюю очередь, способствуя естественному водному циклу эвапотранспирации и осадков, а также смягчению эффекта городского теплового купола и стимулированию озеленения за счет местных водных ресурсов;
- обеспечить эффективную очистку воды из самых различных источников: серой воды, дождевой воды, переливы ливневой канализации или сточных вод для дальнейшего использования в различных областях, предлагая при этом ряд сопутствующих преимуществ. Помимо очистки воды, ПР способствуют удержанию ливневых стоков и орошению в целях производства продовольствия и экономии энергии;
- создать новые перспективные возможности для более эффективного и действенного использования воды, снижения потребления энергии. Однако взаимосвязь городская вода-продовольствие-энергия все еще находится на очень ранней стадии развития.
Широкое применение природоподобных решений требует системного развития данного направления, от применения различных технологий по отдельности к накоплению знаний, позволяющих использовать их в комплексе для восстановления местного водного баланса, близкого к природному, и других важных природных функций.
Подробнее >>
Информация предоставлена журналом «НДТ»