Управление водными ресурсами в городах на основе замкнутых циклов

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»


Поделиться
Класснуть