Городской сток - Urban runoff

Городские стоки стекают в ливневую канализацию
Система открытого стока в Африке

Городской сток является поверхностный сток дождевой воды, созданной урбанизация. Этот сток является основным источником наводнение и загрязнение воды в городских сообществах по всему миру.

Непроницаемые поверхности (дороги, автостоянки и тротуары ) построены во время развитие земли. В течение дождь бури и другие осадки события, эти поверхности (построенные из таких материалов, как асфальт и конкретный ), вместе с крыши, нести загрязненный ливневая вода к ливневые стоки, вместо того, чтобы позволить воде просачиваться через почва.[1] Это вызывает снижение уровень грунтовых вод (потому что подпитка подземных вод уменьшается) и наводнение так как количество воды, которая остается на поверхности, больше.[2][3] Большинство муниципальных систем ливневой канализации сбрасывают неочищенные ливневые воды в потоки, реки и заливы. Эта лишняя вода также может проникать в собственность людей через подпорки подвала и просачиваться через стены и полы здания.

Городское наводнение

Затопленные улицы в Жители Нового Орлеана
Отношения между непроницаемые поверхности и поверхностный сток

Городской сток - основная причина городское наводнение, затопление земли или собственности в застроенной среде, вызванное осадками, превышающими возможности дренажные системы, Такие как ливневая канализация.[4] Запускается такими событиями, как внезапное наводнение, штормовые нагоны, наводнение через берег, или снег тает городское наводнение характеризуется повторяющимся, дорогостоящим и системным воздействием на общины, независимо от того, расположены ли эти общины в официально обозначенных поймах рек или вблизи какого-либо водоема.[5]

Есть несколько способов попадания ливневой воды в недвижимость: резервное копирование через канализационные трубы, туалеты и слив в здания; просачивание через стены и полы зданий; скопление воды на территории собственности и в общественных местах; и разлив воды из водоемов, таких как реки и озера. Где недвижимость построена с подвалы, городское наводнение является основной причиной затопления подвала.

Потоки наводнений в городской среде были исследованы относительно недавно, несмотря на многовековые наводнения.[6] Некоторые исследователи упоминали эффект накопления в городских районах. В нескольких исследованиях изучались модели потоков и их перераспределение на улицах во время штормов, а также их значение с точки зрения моделирования наводнений.[7] В некоторых недавних исследованиях рассматривались критерии безопасной эвакуации людей из затопленных территорий.[8] Но некоторые недавние полевые измерения во время Наводнения в Квинсленде 2010–2011 гг. показали, что ни один критерий, основанный исключительно на скорости потока, глубине воды или удельном импульсе, не может учитывать опасности, вызванные колебаниями скорости и глубины воды.[6] Эти соображения далее игнорируют риски, связанные с большим мусором, увлекаемым движением потока.[8]

Загрязняющие вещества

Ручей, залитый городскими стоками после шторма

Вода, стекающая с этих непроницаемых поверхностей, имеет тенденцию собирать бензин, моторное масло, тяжелые металлы, мусор и других загрязняющих веществ с проезжей части и парковок, а также удобрения и пестициды из газонов. Дороги и автостоянки являются основными источниками полициклические ароматические углеводороды (ПАУ), которые создаются как горение побочные продукты бензина и других ископаемое топливо, а также тяжелых металлов никель, медь, цинк, кадмий, и вести. Сток с крыши способствует высокому уровню синтетический органические соединения и цинк (из оцинкованный водостоки). Использование удобрений на газонах, парках и полях для гольфа является измеримым источником нитраты и фосфор в городских стоках при неправильном внесении удобрений или при чрезмерном удобрении дерна.[2][9]

Эрозия почвы или плохое состояние строительных площадок часто могут привести к увеличению осаждение в сток. Отложения часто оседают на дно водоемов и могут напрямую влиять на качество воды. Чрезмерный уровень наносов в водоемах может увеличить риск инфекций и болезней из-за высокого уровня содержания питательных веществ в почве. Эти высокие уровни питательных веществ могут снизить уровень кислорода и ускорить рост водорослей, ограничивая рост местной растительности. Ограниченная естественная растительность и чрезмерное количество водорослей могут разрушить всю водную экосистему из-за ограниченного проникновения света, более низкого уровня кислорода и сокращения запасов пищи. Чрезмерный уровень осадка и взвешенные вещества также могут нанести ущерб существующей инфраструктуре. Отложения могут увеличить сток за счет закупорки подземных систем нагнетания, тем самым увеличивая количество стока на поверхности. Повышенный уровень седиментации также может уменьшить объем хранения за резервуарами. Это сокращение емкости водохранилищ может привести к увеличению расходов государственных земельных агентств, а также повлиять на качество водных рекреационных зон.[10]

Сток также может вызвать отравление тяжелыми металлами в океане. Небольшие количества тяжелых металлов переносятся стоком в океаны. Эти металлы попадают в организм океана. Эти тяжелые металлы нельзя утилизировать, поэтому они накапливаются в организме животных. Со временем эти металлы достигают токсичного уровня, и животное умирает. Это отравление тяжелыми металлами может также повлиять на людей. Если мы съедим отравленное животное, у нас тоже есть шанс отравиться тяжелыми металлами.[11][12]

Поскольку ливневые воды направляются в ливневые стоки и поверхностные воды, естественный осадок нагрузка, сбрасываемая в приемные воды, уменьшается, но расход и скорость воды увеличиваются. Фактически, водонепроницаемое покрытие в типичном городе создает в пять раз больше стока, чем в типичном лесу такого же размера.[13]

Последствия

Отчет 2008 г. Национальный исследовательский совет США (текстовое поле ниже) определили городской сток как ведущий источник качество воды проблемы.

... дальнейшее ухудшение качества воды остается вероятным, если не будут устранены изменения в землепользовании, которые характерны для более диффузных источников загрязнения ... К ним относятся нарушающие почву сельскохозяйственные, лесохозяйственные, городские, промышленные и строительные работы, от которых трудно отказаться. - контролировать выбросы загрязняющих веществ во время дождливой погоды. Загрязнение этих ландшафтов было почти повсеместно признано наиболее серьезной проблемой для восстановления водоемов и водных экосистем по всей стране.

- Национальный исследовательский совет, Управление городскими ливневыми водами в США[14]

Ласка Брук в Пассаик, Нью-Джерси был направленный с бетонными стенами для контроля локального затопления.

Сток также повышает температуру в ручьях, нанося вред рыбы и другие организмы. (Внезапный выброс воды из-за ливня может вызвать смертельный шок горячей воды.) дорожная соль используется для таяния снега на тротуарах и дорогах, может загрязнять ручьи и грунтовые воды водоносные горизонты.[15]

Одним из наиболее выраженных последствий городского стока является водоток, который исторически содержал мало или совсем не содержал воды в периоды засушливой погоды (часто называемые эфемерные потоки ). Когда территория вокруг такого ручья урбанизированный, результирующий сток создает неестественный круглый год ручей что вредит растительности, дикая природа и русло ручья водного пути. Городские стоки, содержащие мало или совсем не осадок относительно исторического отношения наносов к воде, устремляются вниз по каналу ручья, разрушая природные особенности, такие как извилины и отмели, и вызывает сильную эрозию - увеличивая количество наносов в устье, в то же время серьезно надрезая русло ручья вверх по течению. Например, на многих Южная Калифорния На пляжах в устье водотока городские стоки переносят мусор, загрязнители, чрезмерный ил и другие отходы и могут представлять умеренную или серьезную опасность для здоровья.

Из-за удобрений и органических отходов, которые часто переносятся городскими стоками, эвтрофикация часто встречается на водных путях, подверженных этому типу стока. После проливных дождей содержание органических веществ в водном пути относительно высокое по сравнению с естественным уровнем, что способствует росту водоросли цветы, которые вскоре потребляют большую часть кислород. Когда естественный кислород в воде истощается, водоросли умирают, а их разложение вызывает дальнейшее эвтрофикацию. Цветение водорослей в основном происходит в районах со стоячей водой, например ручьи бассейны и бассейны позади плотины, плотины, и немного капли конструкции. Эвтрофикация обычно имеет смертельные последствия для рыб и других водных организмов.

Чрезмерная эрозия берегов ручья может вызвать наводнение и материальный ущерб. На протяжении многих лет правительства часто реагировали на проблемы эрозии городских водотоков, модифицируя их путем строительства укрепленных набережные и аналогичные управляющие конструкции с использованием бетонных и кирпичных материалов. Использование этих твердых материалов разрушает среду обитания для рыб и других животных.[16] Такой проект может стабилизировать непосредственную зону, где произошло повреждение от наводнения, но часто он просто переносит проблему на участок вверх или вниз по течению.[17] Видеть Речное машиностроение.

Городское наводнение имеет серьезные экономические последствия. В США отраслевые эксперты считают, что влажные подвалы могут снизить стоимость недвижимости на 10-25%, и их называют одной из главных причин отказа от покупки дома.[18] Согласно Федеральное агентство по чрезвычайным ситуациям США (FEMA), почти 40% малых предприятий никогда не открывают свои двери после наводнения.[19] в Великобритания, городское наводнение оценивается в 270 миллионов фунтов стерлингов в год в Англия и Уэльс; 80 000 домов находятся под угрозой.[20]

Исследование Кук Каунти, Иллинойс, выявила 177 000 претензий по страхованию имущественного ущерба, поданных в 96% почтовых индексов округа за пятилетний период с 2007 по 2011 год. Это эквивалентно заявлению одного из шести объектов собственности в округе. Средние выплаты по каждому требованию составили 3733 доллара по всем типам требований, при этом общая сумма выплат за пять лет рассмотрения претензий составила 660 миллионов долларов.[18]

Несмотря на согласованные усилия, многим общинам не хватает средств для полного решения этих проблем, и они часто ищут средства в других местах. Многочисленные водоразделы внутри Округ Лос-Анджелес, Калифорния не соответствуют государственным стандартам качества воды, несмотря на то, что тратят 100 миллионов долларов в год на программы чистой воды для борьбы с такими проблемами, как городской сток. Чтобы бороться с этой проблемой, официальные лица ввели меру, которая установит размер платы для домовладельцев и местных предприятий в попытке собрать 290 миллионов долларов для эффективного управления городскими стоками.[21]

Профилактика и смягчение последствий

А перколяционная траншея инфильтраты ливневая вода через проницаемые почвы в грунтовые воды водоносный горизонт.

An маслоотделитель предназначен для улавливания осаждаемых твердых частиц, масел и смазок, мусора и плавучих веществ в стоках с дорог и парковок
Основная статья: Поверхностный сток: смягчение и обработка
Смотрите также: Сбор дождевой воды

Эффективный контроль городских стоков предполагает снижение скорости и потока ливневых вод, а также сокращение выбросов загрязняющих веществ. Для уменьшения воздействия городских стоков могут использоваться различные методы и системы управления ливневыми водами. Некоторые из этих методов (называемые лучшие практики управления (BMP) в США) сосредоточены на контроле количества воды, в то время как другие сосредоточены на улучшении качества воды, а некоторые выполняют обе функции.[22]

Практика предотвращения загрязнения включает: разработка с низким уровнем воздействия (LID) или же зеленая инфраструктура техники - известные как Устойчивые дренажные системы (SuDS) в Великобритании и Водосберегающий городской дизайн (WSUD) в Австралии и на Ближнем Востоке - например, установка зеленые крыши и улучшенное обращение с химическими веществами (например, управление моторным топливом и маслом, удобрениями и пестицидами).[13][23] Системы уменьшения стока включают: инфильтрационные бассейны, биоудержание системы, построенные водно-болотные угодья, накопительные бассейны и подобные устройства.[24][25]

Для обеспечения эффективных городских сточных вод часто требуются надлежащие городские программы, учитывающие потребности и различия сообщества. Такие факторы, как средняя температура в городе, уровень осадков, географическое положение и уровни переносимых по воздуху загрязнителей, могут влиять на уровень загрязнения городских стоков и создавать уникальные проблемы для управления. Человеческие факторы, такие как темпы урбанизации, тенденции землепользования и выбранные строительные материалы для непроницаемых поверхностей, часто усугубляют эти проблемы.

Реализация общегородских стратегий технического обслуживания, таких как программы подметания улиц, также может быть эффективным методом повышения качества городских стоков. Пылесосы для подметания улиц собирать частицы пыли и взвешенные твердые частицы, которые часто встречаются на общественных парковках и дорогах, которые часто попадают в сток.[26]

Синий символ водостока и желтой рыбы используется Агентством по окружающей среде Великобритании для повышения осведомленности об экологических последствиях загрязнения поверхностного стока.

Образовательные программы также могут быть эффективным инструментом управления городским стоком. Местные предприятия и частные лица могут сыграть неотъемлемую роль в сокращении загрязнения городских сточных вод просто своими действиями, но часто не знают о правилах. Проведение продуктивного обсуждения городских стоков и важности эффективной утилизации предметов домашнего обихода может способствовать поощрению экологически безопасных методов работы с меньшими затратами для города и местной экономики.[27]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ «Сток (поверхностный сток)». Школа водных наук USGS. Рестон, Вирджиния: Геологическая служба США (USGS). 2016-12-02.
  2. ^ а б Федерация водной среды, Александрия, Вирджиния; и Американское общество инженеров-строителей, Рестон, Вирджиния. «Управление качеством городского стока». Практическое руководство ВЭФ № 23; Руководство ASCE и Отчет по технической практике № 87. 1998. ISBN  1-57278-039-8. Глава 1.
  3. ^ Schueler, Thomas R. (2000) [первоначальная опубл. 1995]. «Важность непроницаемости» (pdf). У Шулера; Холланд, Хизер К. (ред.). Практика защиты водоразделов. Элликотт Сити, Мэриленд: Центр защиты водоразделов. стр. 1–12. Получено 2014-12-24.
  4. ^ «Поверхностный сток - круговорот воды». Школа водных наук USGS. USGS. 2016-12-15.
  5. ^ Центр технологий соседства, Чикаго, Иллинойс «Распространенность и стоимость наводнения в городах». Май 2013
  6. ^ а б Браун, Ричард; Шансон, Юбер; Макинтош, Дэйв; Мадхани, Джей (2011). «Измерения турбулентной скорости и концентрации взвешенных наносов в городской среде поймы реки Брисбен в Гарденс-Пойнт 12–13 января 2011 г.». Отчет о гидравлической модели № CH83 / 11. Брисбен, Австралия: Квинслендский университет, Школа гражданского строительства (CH83 / 11): 120 стр. ISBN  978-1-74272-027-2.
  7. ^ Вернер, MGF; Хантер, Нью-Мексико; Бейтс, PD (2006). «Выявление распределенных значений шероховатости поймы при оценке степени наводнения». Журнал гидрологии. 314 (1–4): 139–157. Дои:10.1016 / j.jhydrol.2005.03.012.
  8. ^ а б Шансон, Х.; Brown, R .; Макинтош, Д. (2014). «Стабильность человеческого тела в паводковых водах: наводнение 2011 года в центральном деловом районе Брисбена». У Х. шансона; Л. Тумбес (ред.). Материалы 5-го Международного симпозиума IAHR по гидротехническим сооружениям (ISHS2014), 25–27 июня 2014 г., Брисбен, Австралия. Дои:10.14264 / uql.2014.48. ISBN  978-1-74272-115-6.
  9. ^ Г. Аллен Бертон-младший, Роберт Питт (2001). Справочник по воздействию ливневых вод: набор инструментов для менеджеров, ученых и инженеров водоразделов. Нью-Йорк: CRC / Lewis Publishers. ISBN  0-87371-924-7.CS1 maint: использует параметр авторов (связь) Глава 2.
  10. ^ Совет по охране окружающей среды Орегона. Глава 1: Воздействие городских ливневых стоков. Получено с веб-сайта: http://www.oeconline.org/our-work/rivers/stormwater/stormwater отчет / воздействия
  11. ^ Бортман, Марси (2011). "Загрязнение морской среды". Экологическая энциклопедия. 3: 21–34.
  12. ^ Вайс, Кеннет Р. (2009). Находящиеся под угрозой исчезновения океаны. Фармингтон-Хиллз, Мичиган: Glenhaven Press. С. 39–45.
  13. ^ а б Защита качества воды от городских стоков (Отчет). EPA. Февраль 2003 г. EPA 841-F-03-003.
  14. ^ Национальный исследовательский совет (США) (2009 г.). Управление городскими ливневыми водами в США (Отчет). Вашингтон, округ Колумбия: National Academies Press. п. 24. Дои:10.17226/12465. ISBN  978-0-309-12539-0.
  15. ^ Геологическая служба США. Атланта, Джорджия. «Влияние урбанизации на качество воды: городской сток». Проверено 30 декабря 2009 г.
  16. ^ Законы, Эдвард А .; Рот, Лорен (2004). «Влияние затвердевания ручья на качество воды и метаболические характеристики ручьев Вайманало и Канеохе, Оаху, Гавайские острова». Тихоокеанская наука. Гавайский университет Press. 58 (2): 261–280. Дои:10.1353 / psc.2004.0019. HDL:10125/2725. ISSN  0030-8870. S2CID  19417682.
  17. ^ "Глава 3. Создание каналов и модификация каналов". Национальные меры управления по контролю загрязнения из неточечных источников в результате гидромодификации (отчет). EPA. 2007. EPA 841-B-07-002.
  18. ^ а б «Распространенность и стоимость наводнения в городах». Май 2013 г., Центр технологий соседства, Чикаго, штат Иллинойс.
  19. ^ Федеральное агентство по чрезвычайным ситуациям (США). «Защита вашего бизнеса», последнее обновление: март 2013 г., http://www.fema.gov/protecting-yourbusshops В архиве 2013-09-17 в Archive.today
  20. ^ Парламентское управление науки и технологий, Лондон, Великобритания. «Городское наводнение». Примечание 289, июль 2007 г.
  21. ^ Сьюэлл, Эбби (03.01.2013). «Округ требует платы за земельный участок для оплаты проектов по борьбе с городским стоком». Лос-Анджелес Таймс.
  22. ^ «Глава 5: Описание и эффективность лучших практик управления ливневыми водами». Предварительные сводные данные о передовых методах управления ливневыми водами в городах (отчет). Вашингтон, округ Колумбия: Агентство по охране окружающей среды США (EPA). Август 1999 г. EPA-821-R-99-012.
  23. ^ Уменьшите сток: замедлите, распределите, впитайте (Видео). EPA. 2009 г.
  24. ^ Калифорнийская ассоциация качества ливневых вод. Менло-Парк, Калифорния. «Справочники по лучшей практике управления ливневыми водами». 2003.
  25. ^ Департамент охраны окружающей среды Нью-Джерси. Трентон, штат Нью-Джерси. «Руководство по передовой практике управления ливневыми водами Нью-Джерси». Апрель 2004 г.
  26. ^ «Уборка стоянок и улиц». Национальное меню лучших практик управления ливневыми водами. EPA. Архивировано из оригинал на 2015-08-28. Получено 2014-12-24.
  27. ^ Балло, Сиака; Лю, Мин; Хоу, Лицзюнь; Чанг, Цзин (10.07.2009). «Загрязняющие вещества в ливневых стоках в Шанхае (Китай): последствия для управления загрязнением городских стоков». Прогресс естествознания. 19 (7): 873–880. Дои:10.1016 / j.pnsc.2008.07.021.
  • Макгинн, Энн Платт (2004). Человеческая деятельность, угрожающая мировым океанам. Фармингтон-Хиллз, Мичиган: Glennhaven Press. С. 144–157.

дальнейшее чтение