Dachy zielone a spływy deszczowe

Jakie jest nasze nastawienie do idei zielonych dachów? Takie, jakie nasza wiedza na ich temat oraz nasza potrzeba interesu. Niestety percepcję nowych danych hamuje obawa o naruszenie własnego „stanu posiadania wiedzy i przekonań”. Zdarza się często, że wiedza jest mylona z przekonaniami i te dwa pojęcia są traktowane jako synonimy.

Takie refleksje na temat roli wiedzy w naszych postawach nie są niczym odkrywczym, ale nasunęły się po raz kolejny przy opracowywaniu Programu Zagospodarowania Wód Opadowych dla miasta Leszna (dalej w skrócie: PZWO) i dyskutowaniu rozwiązań, które można by w nim zaproponować. W dyskusji pojawiły się oczywiście głosy o bezzasadności, a nawet absurdalności takich propozycji jak właśnie „dachy zielone”. Znaczny odsetek rozmówców zakwalifikował je jako „nowobogacki szpan”. Prośby o motywacje ich poglądów (a raczej odczuć) i rzeczową dyskusję „za i przeciw” pozostały właściwie bez odpowiedzi. Tam, gdzie udało się wymianę poglądów (nie mylić z wymianą wiedzy) wywołać, wnioski też potwierdzały opisane wyżej postawy.

Obliczenia matematyczne jako podstawa
Aby zatem „własnoręcznie” uzyskać rzetelną ocenę roli dachów zielonych jako elementów wstrzymujących spływy wód opadowych, przeprowadzono obliczenia symulacyjne dla rzeczywistego układu kanalizacji deszczowej. Do obliczeń wybrano zlewnię zabudowaną zabudową jednorodzinną – w Lesznie nie ma budynków z dachami zielonymi – w pełni uzbrojoną w dwa układy kanalizacyjne: kanalizację sanitarną i kanalizację deszczową. Wszystkie posesje są podłączone także do kanalizacji deszczowej, skanalizowany jest również pas drogowy (jezdnia i chodniki), a układ deszczowy działa sprawnie, przynajmniej w tej okolicy. Dla potrzeb „badawczych” zasymulowano trzy warianty gospodarowania wodami opadowymi w całej zlewni:

• wariant I – pełne odprowadzanie opadów, tj. ze wszystkich powierzchni,
• wariant II –posesje, drogi i place nie są podłączone do „deszczówki”,
• wariant III – podłączone do deszczówki tylko drogi i place, wody z posesji nie obciążają miejskiego systemu deszczowego.

Sprawdzono również spływy z pojedynczej, przykładowej posesji o wielkości 1481 m², dla której rozkład rodzajowy powierzchni kształtował się następująco:

• pow. dachów: 666,5 m²,
• inne pow. uszczelnione (podjazdy, chodniki wewnętrzne, itp.): 370,3 m²,
• pozostała powierzchnia – tzw. powierzchnie nieuszczelnione, nie generujące spływów do kanalizacji (np. trawniki): 444,2 m².

Tutaj sprawdzono spływy dla takich samych wariantów, ale dla tej jednej wybranej do analizy posesji.

Do obliczeń wykorzystano zakupione w IMGW dane o częstotliwościach i wysokościach opadów o różnych czasach trwania: 10, 15, 20, 30, 45, 60, 90, 120 i 180 minut. Dla poszczególnych opadów wygenerowano (z racji braku takich danych w IMGW) statystyczne rozkłady ich wysokości (natężenia) w poszczególnych 5-minutowych sekwencjach. Zabieg taki jest konieczny dla upodobnienia opadów statystycznych do ich rzeczywistych, naturalnych przebiegów.

Analiza wyników
Najciekawszych obserwacji dokonać można analizując wizualizacje wyników. Rys. 1 pokazuje tzw. „histogram odpływu powierzchniowego” – czasowy rozkład spływu z danej zlewni do kanału miejskiego dla opadu odprowadzanego do kanalizacji z całej posesji.

Wykres znakomicie obrazuje falę spływu i pokazuje, że spływ jest znacznie dłuższy od opadu (skądinąd obserwacja naturalna dla każdego, kto korzystał z ociekacza – suszarki do naczyń w kuchni).

Znacznie ciekawszych obserwacji dostarcza porównanie spływów z całej posesji ze spływami z jej części. Wykres ten należy uznać za podstawowy dla niniejszego artykułu – świadome działania powodujące pozostawienie na posesji wód z dachu generują aż tak olbrzymie różnice w obciążeniu sieci miejskich. Wykres z rys. 2 dotyczy spływu z posesji, nie ma tu więc spływu z miejskiej ulicy – należy to traktować jako spływ „na wejściu” do kanału z pojedynczego, prywatnego przyłącza deszczowego.

Rys. 2. Wizualizacja spływów ze zlewni dla różnych sposobów gospodarowania wodami deszczowymi: pełen spływ a spływ tylko z powierzchni utwardzonych – „naziemnych”

Przestrzenie pod krzywymi obrazują objętości odprowadzanych wód. Wykres pokazuje bardzo duże różnice w natężeniach odpływu i objętościach spływu dla obydwu sposobów „urządzenia” zlewni. Dla zlewni, w której dachy stanowią 45% powierzchni posesji pełen spływ jest prawie dziewięć (9!) razy większy niż drugi. Intuicyjnym potwierdzeniem są obserwacje – spływy z dachów są niemalże natychmiastowe.

Modelowanie matematyczne
Jednakże ani te obserwacje, ani intuicja nie dają narzędzi do oszacowania różnic – daje je dopiero modelowanie matematyczne. Jakie zatem byłyby różnice w spływach, gdyby dachy obejmowały np. 90% powierzchni posesji, co we współczesnej zabudowie wielkomiejskiej wcale nie jest przypadkiem odosobnionym?

Ciekawych wniosków dostarcza analiza funkcjonowania kanału odbierającego spływy z tak urządzonych posesji. Na rys. 3 i 4 pokazano wygenerowane przez program symulacyjny profile wybranego kanału deszczowego z zaznaczonym maksymalnym poziomem ścieków deszczowych w czasie spływu wód deszczowych dla obydwu wariantów (linie koloru niebieskiego).

Widać, że w przypadku pełnych spływów (rys. 3) woda nie mieści się w kanale na części jego przebiegu, widać także „rozładowanie” tego stanu w niższym odcinku kanału. Po głębszej analizie natężeń przepływów i napełnień daje to powód do wniosku, że kanał ten wymusza tzw. „cofki” w kanałach bocznych, ale także wraz z biegiem kanału głównego rośnie natężenie przepływu i spada linia ciśnień (odpowiednik napełnienia dla pracy pod ciśnieniem), a więc znacznie rośnie prędkość przepływu. Nawiasem – tradycyjne metody obliczeń nie dają możliwości ani takich obliczeń, ani, niestety, takich analiz. Jak widać na rys. 4, nie ma większego problemu ze spływem ograniczonym. Obserwacje takie są szczególnie istotne przy prognozowaniu pracy sieci kanalizacyjnej w związku z planowaną realizacją inwestycji „uszczelniającej” jakąś posesję – a takie są właściwie wszystkie inwestycje. Wnioski z takich obserwacji i analiz powinny być podstawowym narzędziem do wydawania warunków podłączenia do sieci kanalizacyjnych. Ten zabieg formalny skutkuje uzyskaniem przez inwestora istotnego dokumentu, niezbędnego dla uzyskania pozwolenia na budowę. Jednak należy pamiętać, że tradycyjny sposób wydawania takich warunków przez operatora sieci nie daje możliwości analizy stanów przyszłych, jak również pozbawia obydwie strony procesu inwestycyjnego możliwości sensownego wariantowania i oceny wynikających z tego stanów zagrożeń o różnym stopniu intensywności.

Rys. 3. Profil kanału deszczowego z pełnym odprowadzaniem wód opadowych

Na koniec trzeba pokazać wpływ różnych sposobów gospodarowania wodą deszczową w całej zlewni na pracę kanału na końcowym jego odcinku. Zlewnia jest mała, w przeważającej części o zabudowie jednorodzinnej, stąd przepływy nie są wielkie, lecz wielokrotnie mniejsze niż dla zlewni z centrów dużych miast. Ale i tam różnice będą odpowiednio zwielokrotnione. Pokazane warianty odnoszą się nie do pojedynczej posesji (jak na rys. 1–4), ale do wariantów gospodarowania w całej zlewni, z uwzględnieniem zarówno spływów ze wszystkich posesji (co uwidaczniają powyższe rysunki), jak i spływów z dróg i placów publicznych (czego te rysunki z natury rzeczy nie mogły uwzględniać, bo drogi publiczne leżą poza posesjami).

Rys. 4. Profil kanału z podłączeniem tylko powierzchni utwardzonych – „naziemnych”

Jako uzupełnienie czy w zastępstwie dla modelowania matematycznego można przeprowadzać pomiary i głębsze badania na modelu rzeczywistym – na prawdziwym układzie kanalizacyjnym. Pozwala to oczywiście na ocenę skutków opadów, ale mało kogo satysfakcjonuje naukowe potwierdzenie tego, że go już „zalało”. Natomiast w prognozowaniu przyszłości modeli matematycznych nie da się zastąpić.

Dachy zielone – same zalety
Za szczególnie ciekawe należy uznać zależności pomiędzy „wierzchnim” pokryciem dachów, rodzajami i cechami roślinności a rolą tychże cech w opóźnianiu i akumulowaniu spływów. Badania rzeczywiste powinny przekonać niedowiarków, że dachy zielone:

• izolują cieplnie, zmniejszają zapotrzebowanie obiektu na ciepło (ochrona zasobów energetycznych ziemi),
• zmniejszają tzw. miejską wyspę ciepła,
• poprawiają mikroklimat okolicy,
• produkują tlen,
• w pewnym stopniu przywracają przyrodzie teren zabrany pod obiekt przykryty takim dachem,
• stanowią doskonały przyczynek do pro-środowiskowych i „pro-człowieczych” aranżacji dachów – przestrzeni dotychczas niedostępnych, a nawet niebezpiecznych,
• wykorzystują wodę deszczową niejako „naturalnie” – jak tereny zieleni na gruncie rodzimym; daje to „obiektowi” oszczędności w zakupie wody dla utrzymania zieleni, a dobrymi rozwiązaniami można wdrożyć nawet wtórne zagospodarowanie przechwyconej wody (instalacje dualne, woda do celów pożarowych, technologicznych i wszelkich nie-spożywczych, itd.),
• wreszcie – co z pozycji opisywanych tu badań i prac projektowych jest najważniejsze – mogą generować znaczne oszczędności w nakładach na miejską infrastrukturę deszczową.

Aż się prosi, aby miasta podzieliły się tymi oszczędnościami z inwestorami obiektów pokrytych zielonym dachem. Premie z tytułu nieobciążania miejskich kanałów deszczowych byłyby znakomitym wsparciem ich popularyzacji. Bo ile trzeba by wydać dla wprowadzenia z powrotem ptaków, dla poprawienia mikroklimatu miasta lub dla dostawy tlenu do przestrzeni miejskiej? A ile „warto dać” dla uatrakcyjnienia miasta dla jego stałych mieszkańców i dla gości? Jaki wymiar finansowy może mieć oszczędzanie wody – a wymiar środowiskowy ochrony i odnowy zasobów wody?

Rys. 5. Porównanie przepływów kanałem końcowym dla trzech wariantów gospodarowania wodami opadowymi

Rzec by można, że dopiero wspieranie nowatorskich działań świadczy o nadążaniu za wyzwaniami czasów i cywilizacji – deklaracje o niczym nie świadczą. Opornym można by rzec, że zielone dachy to zalety znanych niegdyś tzw.„ziemianek” bez ich wad. A ponieważ historia kołem się toczy – pozostaje pytanie, czy to koło nas przejedzie, czy zawiezie dalej.

Klemens J. Janiak
Artykuł ukazał się w e-kwartalniku „Dachy Zielone”, nr 3/2010, www.dachyzielone.info

Źródło: Dachy Płaskie, nr 1 (10) 2011