Zielone dachy - sposób na retencję rozproszoną w miastach

Rys. 1. Stanowiska badawcze zielonych dachów zlokalizowane na dachu CND Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu

Wydarzenia sprzed kilku lat (1997 r., 2001 r., 2009 r.) a także z maja 2010 r., gdy woda zalała tysiące gospodarstw, zmuszają nas do zadania sobie pytania, czy nie trzeba pomyśleć o lepszym zarządzaniu wodami opadowymi. Widząc skutki powodzi odpowiedź jest oczywista.

Sęk w tym, że powodzie to nie tylko polska przypadłość. Jednak w przeciwieństwie do Polski, system zarządzania wodami opadowymi za granicą uległ już znacznej poprawie. W krajach UE odchodzi się od regulowania rzek i podwyższania wałów. Kraje te inwestują w działania nietechniczne, tj. ostrzeganie, sporządzanie map ryzyka powodzi, a także – może przede wszystkim – w budowę zrównoważonych systemów drenażu, których podstawowym zadaniem jest zatrzymanie na miejscu części opadu poprzez retencję i infiltrację. Jednym z przykładów systemów spełniających tę funkcję są zielone dachy.

Woda opadowa w wielowarstwowej konstrukcji zielonego dachu jest zatrzymywana głównie w substracie i warstwie drenażowej oraz jest wykorzystywana przez rośliny do procesów życiowych. Część dostającej się na zielony dach wody, oddawana jest do atmosfery w czasie ewapotranspiracji z powierzchni dachu i transpiracji z powierzchni roślin. Nadmiar wód opadowych, w zmniejszonej już ilości i natężeniu, odprowadzany jest do odbiornika.

Doświadczenia zagraniczne
Badania zagraniczne wykazują, że prawidłowo wykonany zielony dach typu ekstensywnego może zagospodarować średnio od 60–100% opadu dostającego się na jego powierzchnię [2]. We Włoszech, z uwagi na odmienny klimat, wartości te są jeszcze wyższe [4]. Wielkość retencji zależy od grubości zastosowanego substratu, jego składu granulometrycznego, rodzaju warstwy drenażowej, gatunków posadzonych roślin oraz od warunków pogodowych tj. ilości, intensywności opadu oraz długości przerw między opadami.

Wpływ nachylenia na możliwości zatrzymania wody nie jest jednoznaczny. Scheda [5] znalazł niewielką różnicę w retencji wody na zielonych dachach o różnych nachyleniach. Z kolei inne badania, m.in. Villarreala i Bengtssona [7] wykazują przyspieszenie odpływu wody wraz ze wzrostem nachylenia zielonego dachu.

Zielone dachy wpływają na hydrogram przepływu nie tylko poprzez przechwycenie i retencję opadu, ale także poprzez ograniczanie szybkości odpływu deszczy nawalnych. Opóźnienie spływu jest zjawiskiem bardzo ważnym, szczególnie w przypadku deszczy o intensywnym natężeniu, ponieważ w ten sposób odciąża się przeciążone w czasie deszczy systemy kanalizacyjne. Wyniki badań dowodzą, ze odpływ ten może być generowany nawet z 9-godzinnym opóźnieniem [6] w stosunku do dachu tradycyjnego, na którym przy większości opadów odpływ następuje natychmiast po rozpoczęciu opadu lub zaledwie kilka minut od tego momentu. Moran i in. [3] udowodnili, że w Północnej Karolinie (USA)
szybkość spływu z zielonych dachów w porównaniu z natężeniem odpływu z powierzchni niezazielenionej zmniejszała się nawet o 87%.

Pomimo licznych badań zagranicznych wciąż brakuje wyników badań, które analizowałyby skuteczność zielonych dachów w tym zakresie w warunkach polskich. U nas jest to zagadnienie wciąż młode i jeszcze niewystarczająco rozpoznane.

Doświadczenia krajowe
Badania w kierunku oceny zielonych dachów jako technologii do regulacji odpływu rozpoczęto na Uniwersytecie Przyrodniczym we Wrocławiu w czerwcu 2009 r. i są one w dalszym ciągu kontynuowane.

W celu określenia możliwości retencyjnych zielonych dachów w warunkach wrocławskich, na dachu znajdującego się w centrum miasta budynku Centrum Naukowo-Dydaktycznego (CND) uczelni zainstalowano stanowiska badawcze. Składają się one z 5 kuwet nachylonych pod kątem 7% o wymiarach zewnętrznych (dł./szer./wys.) 2,40/1,20/0,35 m i objętości wewnętrznej około 0,60 m3. W czterech kuwetach wykonano modele zielonych dachów typu ekstensywnego, a jedna kuweta jest obiektem kontrolnym (referencyjnym). Wewnątrz wszystkich kuwet została wykonana termoizolacja ze sztywnego polistyrenu ekstrudowanego XPS o grubości 100 mm poziomo i 50 mm pionowo oraz hydroizolacja z EPDM-u Resitrix SKW o właściwościach przeciwkorzennych. Dodatkowo każda z kuwet posiada opaskę żwirową i wpust dachowy do odpływu wody (rys. 1). W poszczególnych wariantach zastosowano 2 rodzaje substratu oraz 4 rodzaje drenażu (żwirowy, magazynujący, odwadniający oraz wbudowany w substrat). Stanowiska zostały wykonane przy współudziale firm: Laboratorium Dachów Zielonych, Optigrün, Arco System, Phoenix, Styrmann, Duet oraz Hadart.

Rejestracja opadów i odpływów wykonywana jest w sposób zautomatyzowany z krokiem czasowym co 30 s.

Analiza pomiarów prowadzonych na stanowiskach badawczych wykazuje, że całkowita suma opadów zatrzymywana na zielonym dachu jest większa niż na dachu tradycyjnym (rys. 2). Retencja jednak jest niższa w okresach jesienno-zimowych niż w lecie. Wynika to przede wszystkim z tego, ze sezon ciepły charakteryzuje się wyższą ewapotranspiracją, dlatego pojemność retencyjna zielonych dachów w tym okresie regeneruje się szybciej. Przy opadach o mniejszej wysokości (do 1–1,5 mm) w większości dni pomiarowych zaobserwowano brak odpływów. Całość opadów w tych przypadkach została zagospodarowana w systemie warstwowym zielonego dachu. Należałoby tu nadmienić, że opady o takiej wysokości występowały w okresie badawczym najczęściej.


Rys. 2. Wielkość retencji w wybranych dniach pomiarowych (DR – dach referencyjny, DZ-2 – zielony dach z warstwą drenażu odwadniającego, DZ-4 – zielony dach z warstwą drenażu żwirowego)

W trakcie badań zaobserwowano także redukcję odpływów szczytowych w czasie oraz opóźnienie początkowego okresu odpływu w wyniku absorpcji wody (rys. 3).


Rys. 3. Sumaryczne hydrogramy odpływów dla deszczu o całkowitej wysokości 3,67 mm z 1 na 2 lipca 2009 r. (DR – dach referencyjny, DZ-2 – zielony dach z warstwą drenażu odwadniającego, DZ-4 – zielony dach z warstwą drenażu żwirowego)

Dotychczas zaobserwowane największe opóźnienie odpływu wynosiło 2 godz. i 26 min na zielonym dachu z systemem drenażu odwadniającego oraz 4 godz. 35 min. i 30 s na zielonym dachu z zastosowaniem rozwiązań drenażu żwirowego. Zjawisko to miało miejsce 13 sierpnia 2009 r. przy opadzie 7,06 mm. Dla porównania, w tym dniu odpływ z dachu tradycyjnego nastąpił po 54 min. Opad ten trwał 9 godz. 52 min.

Podsumowanie
Jak wykazują badania prowadzone w warunkach wrocławskich [1], układy zielonych dachów ekstensywnych są w stanie zwiększyć retencję, a tym samym odciążyć infrastrukturę kanalizacyjną i odbiorniki wodne w czasie opadów. Z tych względów uzasadnione wydaje się rozpatrywanie zielonych dachów nie tylko w aspekcie estetycznym, ochrony atmosfery, bioróżnorodności, ale także, szczególnie w czasach występowania zwiększonej ilości i intensywności opadów, w aspekcie hydrologicznym.

Literatura:
1. Burszta-Adamiak E.: Retencja wód opadowych na dachach zielonych w warunkach wrocławskich. GWiTS nr 3, 2010
2. Gettem Krystian L., Rowe D.B. The role of extensive green roofs in sustainable development. HortScience no 41(5), 2006
3. Moran A. Hunt B., Smith J. Hydrologic and water quality performance from green roofs in Goldsboro and Releigh, North Carolina. In proc. of 3rd North American Green roof conference: Greening rooftops for sustainable communiteis, Washington DC, 4–6 maj 2005. the Cardinal Group, Toronto
4. Palla A., Lanza L.G., Barbera P.L.: Green roof stormwater detention: laboratory and full-scale experiences in the Mediterranean climate. Materiały z World Green Roof Congress, 17–18 września 2008, Londyn
5. Schade C.: Wasserrückhaltung und Abflu?beiwerte bei dünnschichtigen extensivbegrünungen,. Stadt und Grün 49, 2000
6. Teemusk A., Mander Ü.: Rainwater runoff quantity and quality performance from a green roof: The efects of short-term events. Ecological Engineering no. 30, 2007
7. Villarreal E.L., Bengtsson L.: Response of Serum green-roof to individual rain events. Ecol. Eng. vol. 25 (1), 2005

Artykuł ukazał się także w e-kwartalniku ”Dachy zielone” nr 3, 2010


dr inż. Ewa Burszta-Adamiak
Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu
Instytut Inżynierii Środowiska


CZYTAJ WIĘCEJ

Dachy zielone a spływy deszczowe
Zielone dachy jako forma retencji wód opadowych
Dachy zielone Vedag - 15 lat doświadczeń w Polsce

---