{"id":6219,"date":"2019-12-18T20:04:56","date_gmt":"2019-12-18T19:04:56","guid":{"rendered":"https:\/\/informacjainstal.com.pl\/artykul\/racjonalne-i-optymalne-rozmieszczenie-infrastruktury-zielonej-na-terenach-zurbanizowanych\/"},"modified":"2022-11-16T11:58:39","modified_gmt":"2022-11-16T10:58:39","slug":"rational-and-optimal-distribution-of-green-infrastructure-in-urban-areas","status":"publish","type":"artykul","link":"https:\/\/informacjainstal.com.pl\/en\/article\/rational-and-optimal-distribution-of-green-infrastructure-in-urban-areas\/","title":{"rendered":"Rational and optimal distribution of green infrastructure in urban areas"},"content":{"rendered":"\n
\n
\n
\n
\n \n
\n
\n

Wst\u0119p <\/strong><\/p>

Tak zwana \u201eNajlepsza praktyka gospodarowania wodami opadowymi (BMP \u2013 od Best Management Practice) polega na jak najd\u0142u\u017cszym zatrzymaniu ich w miejscu, na kt\u00f3re spad\u0142y i podczyszczeniu oraz co najmniej cz\u0119\u015bciowym wykorzystaniu na cele u\u017cytkowe. Ten kierunek post\u0119powania jest zalecany od kilkudziesi\u0119ciu lat. Powsta\u0142y w sumie dziesi\u0105tki tysi\u0119cy raport\u00f3w badawczych oraz publikacji i setki ksi\u0105\u017cek na ten temat. Pot\u0119\u017cnym \u017ar\u00f3d\u0142em informacji w tym zakresie jest baza publikacji, raport\u00f3w, oraz oprogramowania og\u00f3lnie dost\u0119pne na stronie Agencji Ochrony \u015arodowiska Stan\u00f3w Zjednoczonych Ameryki P\u00f3\u0142nocnej (www.epa.gov). Mo\u017cliwe jest zastosowanie retencji szarej, albo zielonej. Przez t\u0119 pierwsz\u0105 rozumie si\u0119 konstrukcje in\u017cynierskie takie, jak: zbiorniki retencyjne, przepuszczalne chodniki i powierzchnie jezdne, a przez drugie zastosowanie r\u00f3\u017cnego rodzaju bioretencji. Dysponujemy szczeg\u00f3\u0142owymi krajowymi opracowaniami dotycz\u0105cymi jednego i drugiego sposobu retencjonowania. Pod wzgl\u0119dem konstrukcji in\u017cynierskich r\u00f3\u017cne rozwi\u0105zania zazwyczaj \u017celbetowych zbiornik\u00f3w retencyjnych jedno i wielokomorowych, zosta\u0142y opatentowane a nast\u0119pnie opisane w literaturze przez o\u015brodki akademickie w Rzeszowie i Cz\u0119stochowie, a wcze\u015bniej w Krakowie [10], [16], [19], [20], [24], [26], [27]. Stan wiedzy w zakresie zastosowania bioretencji by\u0142 intensywnie badany w zakresie oczyszczalni hydrofitowych w Politechnice Gda\u0144skiej [21],[22],[29], a w zakresie dach\u00f3w zielonych w Politechnice Wroc\u0142awskiej i w Uniwersytecie Przyrodniczym we Wroc\u0142awiu [4].<\/p>

Tak wi\u0119c mamy rozpoznane same metody gospodarowania wodami deszczowymi, ale w praktyce ich stosowanie jest jeszcze dalekie od powszechno\u015bci i niemal zawsze chaotyczne, co prowadzi do du\u017cego marnotrawstwa \u015brodk\u00f3w finansowych. Poniewa\u017c zastosowanie retencji szarej i zielonej w skali miasta wi\u0105\u017ce si\u0119 z du\u017cymi kosztami, ale r\u00f3wnie\u017c przynosi korzy\u015bci i to wielorakie, a nie tylko w zakresie zmniejszenia sp\u0142yw\u00f3w chwilowych w czasie deszczu i podniesienia zasob\u00f3w w\u00f3d podziemnych i gruntowych, w\u0142a\u015bciwe zastosowanie sposob\u00f3w retencjonowania wody wymaga w du\u017cej skali aplikacji modeli optymalizacyjnych, bez kt\u00f3rych wydatkowanie pieni\u0119dzy jest ma\u0142o efektywne.<\/p> <\/div>\n<\/div>\n <\/div>\n <\/div>\n <\/div>\n

\n
\n
\n \n
\n
\n

System SUSTAIN<\/strong><\/p>\n

Bior\u0105c pod uwag\u0119 konieczno\u015b\u0107 racjonalizacji w wydatkowaniu \u015brodk\u00f3w pieni\u0119\u017cnych oraz usystematyzowania chaotycznych dzia\u0142a\u0144, Agencja Ochrony \u015arodowiska Stan\u00f3w Zjednoczonych US EPA w 2003 roku rozpocz\u0119\u0142a opracowanie kompleksowej procedury wyboru rodzaju infrastruktury zielonej (GI od Green Infrastructure) oraz jej umiejscowienia na terenach zurbanizowanych [23]. Opracowa\u0142a ona system wspieraj\u0105cy podejmowanie decyzji co do rozmieszczenia r\u00f3\u017cnych rodzaj\u00f3w zabudowy zielonej w terenach zurbanizowanych. Opracowany system opatrzono skr\u00f3tem SUSTAIN, kt\u00f3ry sam w sobie sugeruje ju\u017c g\u0142\u00f3wny cel jego utworzenia i pochodzi od pe\u0142nej nazwy angloj\u0119zycznej \u201eSystem for Urban Stormwater Treatment and Analysis\u201d. Tak wi\u0119c z wielu korzy\u015bci, kt\u00f3re infrastruktura zielona przynosi w terenach miejskich autorzy systemu SUSTAIN uznali zagospodarowanie w\u00f3d deszczowych za podstawow\u0105 funkcj\u0119 do spe\u0142nienia. Wynika to z istotnego wp\u0142ywu przelew\u00f3w burzowych w kanalizacji og\u00f3lnosp\u0142awnej na stan w\u00f3d powierzchniowych [5], tak w zakresie wska\u017anik\u00f3w fizyczno \u2013 chemicznych [2], [3], [9], jak i bakteriologicznych [1]. System ten ma na celu powi\u0105zanie modelowych narz\u0119dzi numerycznych do opisu w czasie rzeczywistym sp\u0142yw\u00f3w powierzchniowych z terenu zlewni i nieustalonych przep\u0142yw\u00f3w przez kana\u0142y z oprogramowaniem optymalizacyjnym, s\u0142u\u017c\u0105cych do wskazania sposob\u00f3w uzyskania za\u0142o\u017conych efekt\u00f3w \u015brodowiskowych jak najmniejszym kosztem. Mi\u0119dzy innymi przetestowano kompleksowo algorytmy numeryczne SWMM oraz HSPF. Poniewa\u017c dost\u0119pne oprogramowanie do symulowania numerycznego: sp\u0142yw\u00f3w powierzchniowych, infiltracji, parowania, retencji powierzchniowej, bioretencji, przep\u0142yw\u00f3w nieustalonych w kana\u0142ach i transportu nimi \u015bciek\u00f3w jest liczne, wi\u0119c system SUSTAIN pozwala na importowanie danych i wynik\u00f3w oblicze\u0144 uzyskanych w wielu numerycznych programach dzia\u0142aj\u0105cych niezale\u017cnie oraz na eksportowanie do nich wynik\u00f3w oblicze\u0144 i zgromadzonych w systemie SUSTAIN danych. Narz\u0119dzia do tych procedur w postaci numerycznego oprogramowania zosta\u0142y umieszczone pod adresem internetowym www.epa.gov\/ednnrmrl\/ models\/sustain. Optymalizacja dotyczy zazwyczaj koszt\u00f3w poniesionych przy budowie infrastruktury zielonej. W takim przypadku poszukuje si\u0119 najmniejszej warto\u015bci funkcji celu, kt\u00f3r\u0105 jest koszt budowy i utrzymania tej infrastruktury. Jak w ka\u017cdym zadaniu jednokryterialnym poszukiwania te zaw\u0119\u017cone s\u0105 do rozwi\u0105za\u0144 spe\u0142niaj\u0105cych zbi\u00f3r warunk\u00f3w ograniczaj\u0105cych, do kt\u00f3rych nale\u017c\u0105 warto\u015bci wymagane co do spe\u0142nienia narzuconych kryteri\u00f3w \u015brodowiskowych oraz wszystkie r\u00f3wnania, na podstawie kt\u00f3rych prowadzi si\u0119 modelowanie matematyczne przep\u0142yw\u00f3w nieustalonych po powierzchni zlewni oraz w kana\u0142ach, jak r\u00f3wnie\u017c prognozuje efekty technologiczne w zakresie podczyszczania w\u00f3d opadowych. Tak postawione zadanie odpowiada na pytanie, jakie rodzaje infrastruktury zielonej nale\u017cy przyj\u0105\u0107 i jak j\u0105 rozmie\u015bci\u0107 aby uzyska\u0107 jak najni\u017cszym kosztem zadane efekty ekologiczne (przyk\u0142adowo zadan\u0105 g\u00f3rn\u0105 warto\u015b\u0107 \u0142adunku ChZT zrzucanego rocznie przez przelewy burzowe). Mo\u017cliwe jest zastosowanie wielokrotne optymalizacji jednokryterialnej w taki spos\u00f3b, aby funkcja celu za ka\u017cdym razem dotyczy\u0142a wybranego efektu \u015brodowiskowego, a koszty zosta\u0142y przeniesione do zbioru warunk\u00f3w ograniczaj\u0105cych. Zadania tego typu odpowiadaj\u0105 na pytanie rodzaju \u201eNa ile w ramach tych samych nak\u0142ad\u00f3w finansowych mo\u017cna uzyska\u0107 lepsze efekty \u015brodowiskowe pod wybranym wzgl\u0119dem, przy poniesieniu nie wi\u0119kszych nak\u0142ad\u00f3w finansowych i nie gorszych efektach \u015brodowiskowych pod ka\u017cdym innym wzgl\u0119dem. Ta technologia stosowana jest z powodzeniem w wielu pracach, na przyk\u0142ad przy rozpatrywaniu funkcji cyklu \u017cycia (LCA) produkt\u00f3w. Ostatnio podj\u0119to r\u00f3wnie\u017c w literaturze problem formu\u0142owania i rozwi\u0105zywania oraz aplikacji zada\u0144 optymalizacji wielokryterialnej w odniesieniu do najkorzystniejszego rozmieszczenia infrastruktury zielonej na terenach zurbanizowanych [23]. Zastosowanie z\u0142o\u017conych modeli transportu masy (w\u00f3d\/\u015bciek\u00f3w i \u0142adunk\u00f3w zanieczyszcze\u0144) przewodami kanalizacyjnymi wymaga wykonania co najmniej setek, a cz\u0119sto tysi\u0119cy, symulacji numerycznych dzia\u0142ania kanalizacji w r\u00f3\u017cnych wariantach u\u0142o\u017cenia infrastruktury zielonej w celu jej optymalnego rozmieszczenia. Wymaga to d\u0142ugotrwa\u0142ych i \u017cmudnych oblicze\u0144, a przede wszystkim zgromadzenia znacznej bazy danych o opadach deszczu, topografii i ukszta\u0142towaniu terenu, sieci kanalizacyjnej i warunkach wodno \u2013 gruntowych oraz pogodowych, jak r\u00f3wnie\u017c o jako\u015bci \u015bciek\u00f3w. Dlatego podejmowane s\u0105 prace nad modelami uproszczonymi, bazuj\u0105ce na optymalizacji liniowej [18], o kt\u00f3rych napiszemy w drugim artykule.<\/p> <\/div>\n<\/div>\n <\/div>\n <\/div>\n <\/div>\n

\n
\n
\n \n
\n
\n

Mo\u017cliwo\u015b\u0107 aplikacji modeli<\/strong><\/p>\n

Zastosowanie algorytmu optymalizacyjnego pozwala na najbardziej efektywne rozlokowanie \u015brodk\u00f3w przeznaczonych na rozmieszczenie teren\u00f3w zielonych dla r\u00f3\u017cnorodnych cel\u00f3w, z kt\u00f3rych jednym z g\u0142\u00f3wnych jest bioretencja. W odniesieniu do nowo budowanych cz\u0119\u015bci miasta mo\u017cliwe jest sformu\u0142owanie wymaga\u0144 co do zagospodarowania w\u00f3d deszczowych na terenie inwestycji i mo\u017cna zasugerowa\u0107 rozwi\u0105zanie wynikaj\u0105ce z zastosowanego modelu optymalizacyjnego. Nale\u017cy si\u0119 w\u00f3wczas spodziewa\u0107, \u017ce deweloper wybierze sugerowane rozwi\u0105zanie, jako najta\u0144sze spo\u015br\u00f3d wszystkich, kt\u00f3re spe\u0142nia\u0107 b\u0119d\u0105 ustalone wymagania co do ogranicze\u0144 narzuconych na wielko\u015b\u0107 i jako\u015b\u0107 odprowadzanych w\u00f3d deszczowych. Je\u017celi nawet wybierze rozwi\u0105zanie inne to przy wydawaniu Wytycznych Technicznych Zabudowy (o ile nie ma planu zagospodarowania przestrzennego), a p\u00f3\u017aniej zatwierdzaniu projektu i uzyskiwaniu pozwolenia na budow\u0119 powinien przedstawi\u0107 rozwi\u0105zanie daj\u0105ce nie gorszy efekt technologiczny ni\u017c ten wynikaj\u0105cy z rozwi\u0105zania zadania optymalizacyjnego. W takiej sytuacji wybranie przez inwestora innego rozwi\u0105zania nie zaburza wynik\u00f3w rozwi\u0105zania zadania optymalizacyjnego na pozosta\u0142ym terenie. W odniesieniu do zabudowy istniej\u0105cej, mo\u017cliwo\u015bci wp\u0142ywania na decyzje o wprowadzeniu inwestycji zwi\u0119kszaj\u0105cych udzia\u0142 teren\u00f3w zielonych i bioretencji w prywatnym terenie zabudowanym s\u0105 ograniczone. Uzasadnione jest stosowanie zach\u0119ty w postaci zmniejszania wysoko\u015bci op\u0142at za odprowadzanie w\u00f3d deszczowych. Niemniej stare cz\u0119\u015bci miast s\u0105 najmniej przygotowane na takie inwestycje, a budynki zamieszka\u0142e s\u0105 g\u0142\u00f3wnie przez osoby starsze, o mniejszych mo\u017cliwo\u015bciach finansowych oraz ograniczonej aktywno\u015bci \u017cyciowej. Dlatego w praktycznych aplikacjach zada\u0144 optymalizacyjnych dotycz\u0105cych optymalnego rozplanowania przestrzennego bioretencji w starych cz\u0119\u015bciach miasta najpraktyczniej jest narzuci\u0107 odp\u0142ywy zbli\u017cone do dotychczasowych i nie przeprowadza\u0107 tam optymalizacji wyboru metod bioretencji i jej u\u0142o\u017cenia przestrzennego. Chyba, \u017ce dotyczy to teren\u00f3w nale\u017c\u0105cych do jednostki osadniczej. Mo\u017cliwo\u015bci aplikacyjne dotycz\u0105 nie tylko nowych dzielnic miast, ale r\u00f3wnie\u017c teren\u00f3w s\u0142abo zabudowanych [8].<\/p> <\/div>\n<\/div>\n <\/div>\n <\/div>\n <\/div>\n

\n
\n
\n \n
\n
\n

Bioretencja a klimat<\/strong><\/p>\n

Konieczno\u015b\u0107 stosowania bioretencji, a dla jej efektywnego rozplanowania modeli optymalizacyjnych, wynika mi\u0119dzy innymi ze zmian klimatycznych. W Wielkiej Brytanii przewiduje si\u0119, \u017ce do roku 2020 w wyniku urbanizacji ilo\u015b\u0107 \u015bciek\u00f3w zrzucanych przez przelewy burzowe w tym kraju wzro\u015bnie z 140.000 m3 \/rok do 170.000 m3 \/rok je\u017celi nie zatrzymamy, chocia\u017c cz\u0119\u015bciowo, w miejscu opadu i nie wykorzystamy w\u00f3d opadowych. Zgodnie z tymi przewidywaniami [7] sp\u0142ywy z oko\u0142o 20% powierzchni szczelnych nale\u017ca\u0142oby zagospodarowa\u0107 na miejscu, aby przy obecnej zabudowie ilo\u015b\u0107 zrzucanych \u015bciek\u00f3w z przelew\u00f3w burzowych nie zmieni\u0142a si\u0119 do roku 2080. Tymczasem wr\u0119cz przeciwnie, prognozuje si\u0119 i\u017c do tego czasu ca\u0142kowita powierzchnia jezdni i chodnik\u00f3w wzro\u015bnie a\u017c o 50%, a w dodatku powierzchnia dach\u00f3w r\u00f3wnie\u017c si\u0119 zwi\u0119kszy o 20%. Du\u017ce sp\u0142ywy powierzchniowe z terenu jednostki osadniczej nie maj\u0105 zazwyczaj istotnego wp\u0142ywu na wielko\u015b\u0107 wezbra\u0144 w du\u017cym cieku, kt\u00f3ry przez tak\u0105 miejscowo\u015b\u0107 przep\u0142ywa. Wywo\u0142uj\u0105 natomiast stany powodziowe na kr\u00f3tkich ciekach, dla<\/p> <\/div>\n<\/div>\n <\/div>\n

\n \n
\n
\n \n \"Rys.1\n\u015arednie <\/a>\n \n <\/div>\n \n \n
\n
\n Rys.1
\n\u015arednie miesi\u0119czne\nwysoko\u015bci\nopad\u00f3w\nw Polsce,\nAustrii,\nNiemczech\ni w by\u0142ej\nCzechos\u0142owacji,\nzestawione\nna\npodstawie\ndanych\ndost\u0119pnych\nw internecie <\/div>\n \n <\/div>\n \n <\/div>\n <\/div>\n <\/div>\n <\/div>\n
\n
\n
\n \n
\n
\n

kt\u00f3rych obszar zurbanizowany stanowi znaczn\u0105 cz\u0119\u015b\u0107 ich powierzchni zlewni. Dlatego coraz cz\u0119\u015bciej przy rozbudowie powierzchni zaj\u0119tej przez budownictwo jedno i wielorodzinne stawiany jest warunek, aby odp\u0142ywy maksymalne z terenu zabudowanego nie przekracza\u0142y warto\u015bci obserwowanych przed rozbudow\u0105. Tak postawiony warunek mo\u017cna spe\u0142ni\u0107 jedynie przez zastosowanie retencji, a bioretencja jest najbardziej odpowiednim sposobem na jej utworzenie. Konkurencj\u0105 dla bioretencji s\u0105 rozwi\u0105zania sieci kanalizacyjnych oparte na retencji szarej, a wi\u0119c zbiorniki retencyjne, w tym zbiorniki kana\u0142owe, kt\u00f3re \u0142atwiej jest wpasowa\u0107 w ciasn\u0105 zabudow\u0119 ni\u017c zbiorniki prostok\u0105tne [19]. Je\u017celi zbiorniki te s\u0105 budowane w celu zmniejszenia zrzut\u00f3w przez przelewy burzowe do odbiornik\u00f3w to najkorzystniejszym ich usytuowaniem jest umieszczenie ich tu\u017c przed przelewami burzowymi. W\u00f3wczas pierwszy przelew skierowuje nadmiar \u015bciek\u00f3w z przepe\u0142nionego kana\u0142u do zbiornika retencyjnego, a dopiero drugi przelew z tego zbiornika do rzeki [6],[9],[25]. Takie ustawienie zbiornika zapobiega sytuacjom, w kt\u00f3rych w wyniku zmienno\u015bci opad\u00f3w w czasie i w przestrzeni dochodzi do zrzut\u00f3w deszczowych w czasie gdy zbiorniki retencyjne s\u0105 jedynie cz\u0119\u015bciowo nape\u0142nione. Jednak\u017ce przekazanie zgromadzonych w tych zbiornikach w\u00f3d deszczowych i roztopowych zmieszanych w systemie kanalizacji og\u00f3lnosp\u0142awnej do oczyszczalni \u015bciek\u00f3w komunalnych ma konsekwencje w postaci znacznego obni\u017cenia temperatury oczyszczanych \u015bciek\u00f3w w okresie zimowym oraz zmniejszenia zawarto\u015bci w nich w\u0119gla organicznego. W Niemczech przyj\u0119to, \u017ce 80% \u0142adunku ChZT wprowadzanych do kanalizacji og\u00f3lnosp\u0142awnej z powierzchni ulic i chodnik\u00f3w powinno by\u0107 retencjonowanych i oczyszczanych [9]. Gdyby przyj\u0105\u0107, \u017ce te \u015bcieki retencjonowane b\u0119d\u0105 w ca\u0142o\u015bci w infrastrukturze szarej, a wi\u0119c w \u017celbetowych zbiornikach retencyjnych, to nale\u017ca\u0142oby przetrzyma\u0107 60% obj\u0119to\u015bci sp\u0142yw\u00f3w i nast\u0119pnie przes\u0142a\u0107 je do oczyszczalni \u015bciek\u00f3w z uwagi na mniejsze \u0142adunki ChZT w wodach deszczowych odp\u0142ywaj\u0105cych pod koniec opad\u00f3w. Ocenia si\u0119, \u017ce wymaga to zwi\u0119kszenia przepustowo\u015bci oczyszczalni \u015bciek\u00f3w o oko\u0142o 20% w skali rocznej [9]. Ju\u017c na pocz\u0105tku tego wieku obj\u0119to\u015b\u0107 \u015bciekowych zbiornik\u00f3w retencyjnych w Niemczech wynosi\u0142a ponad 12 km3 i \u015bcieki te przekazywane s\u0105 sukcesywnie do oczyszczalni \u015bciek\u00f3w, co cz\u0119sto niekorzystnie zmienia ich sk\u0142ad, zmniejszaj\u0105c udzia\u0142 og\u00f3lnego w\u0119gla organicznego (OWO), a w zimie zmniejsza temperatur\u0119, co szczeg\u00f3lnie utrudnia proces nitryfikacji. Takich negatywnych wp\u0142yw\u00f3w unika si\u0119 przy zastosowaniu retencji zielonej. Ponadto inwestowanie w zbiorniki retencyjne typu szarego jest kosztowne. O ile dla du\u017cych sieci kanalizacyjnych wymagane jest numeryczne modelowanie transportu zanieczyszcze\u0144 do przelew\u00f3w burzowych [12], o tyle dla ma\u0142ych zlewni kanalizacyjnych korzysta si\u0119 z metod uproszczonych. Wed\u0142ug nomogram\u00f3w ATV w Niemczech na jeden hektar powierzchni szczelnej zlewni przewiduje si\u0119 20m3 do 40m3 pojemno\u015bci zbiornik\u00f3w retencyjnych. W Polsce sieci kanalizacji deszczowej i og\u00f3lnosp\u0142awnej s\u0105 niemal w ca\u0142o\u015bci o zbyt ma\u0142ej przepustowo\u015bci z uwagi na to, \u017ce stosowane w ubieg\u0142ych latach powszechnie r\u00f3wnanie B\u0142aszczyka na nat\u0119\u017cenie opadu deszczu znacznie zani\u017ca\u0142o warto\u015bci nat\u0119\u017cenia opadu [14],[15],[17],[28], w niekt\u00f3rych przypadkach nawet do 40%. Do wymiarowania kana\u0142\u00f3w stosuje si\u0119 model statyczny, a opady cz\u0119sto przemieszczaj\u0105 si\u0119 nad zlewni\u0105 [11], co znacznie mo\u017ce zmienia\u0107 przep\u0142ywy przez kana\u0142y. Przeprowadzaj\u0105c por\u00f3wnanie z warunkami niemieckimi nale\u017cy mie\u0107 na uwadze, \u017ce w Polsce klimat jest bardziej kontynentalny i dlatego \u015brednie roczne wysoko\u015bci opad\u00f3w mniejsze. Jednak\u017ce niekoniecznie oznacza to, \u017ce dla warunk\u00f3w klimatycznych w Polsce nale\u017cy spodziewa\u0107 si\u0119 dolnej granicy 20m3 wymaganej obj\u0119to\u015bci szarych zbiornik\u00f3w retencyjnych na 1ha szczelnej powierzchni zlewni. Jak bowiem wynika z rysunku 1 najwi\u0119ksze wysoko\u015bci opad\u00f3w, tak w Polsce jak i w Niemczech, Austrii i w Czechach przypadaj\u0105 na lipiec i akurat w tym miesi\u0105cu \u015brednia wieloletnia wysoko\u015b\u0107 opad\u00f3w w Polsce jest nawet nieznacznie wi\u0119ksza ni\u017c w Niemczech. Ponadto przy obecnych zmianach klimatycznych, co prawda w skali naszego kraju nie ma jednoznacznie udokumentowanego wzrostu \u015bredniej rocznej wysoko\u015bci opadu, tak jak to mo\u017cna wykaza\u0107 w skali ca\u0142ego kontynentu, ale nie ulega w\u0105tpliwo\u015bci i\u017c wyd\u0142u\u017caj\u0105 si\u0119 okresy czasu pomi\u0119dzy opadami, a ich intensywno\u015b\u0107 ro\u015bnie [7]. Tak wi\u0119c w Polsce konieczne jest znaczne zwi\u0119kszenie retencji terenowej i\/lub infrastruktury zielonej, daj\u0105cej wielorakie korzy\u015bci opr\u00f3cz zmniejszenia odp\u0142ywu w\u00f3d deszczowych ze zlewni.<\/p> <\/div>\n<\/div>\n <\/div>\n <\/div>\n <\/div>\n

\n
\n
\n \n
\n
\n

Przelewy awaryjne<\/strong><\/p>\n

Zazwyczaj zmniejszenie \u0142adunk\u00f3w zanieczyszcze\u0144 zrzucanych przez przelewy burzowe kanalizacji og\u00f3lnosp\u0142awnej przyjmuje si\u0119 za najistotniejsz\u0105 rol\u0119 infrastruktury zielonej w terenach silnie zurbanizowanych. Jeszcze wi\u0119ksze zagro\u017cenie dla \u015brodowiska mog\u0105 stanowi\u0107 zrzuty przez przelewy awaryjne oczyszczalni \u015bciek\u00f3w. Problem ten jest przemilczany w Polsce gdy\u017c w przeciwie\u0144stwie do U.S.A. [6] nie ma procedury prawnej zmuszaj\u0105cej zak\u0142ad komunalny do przekazywania informacji i gromadzenia ich na szczeblu krajowym, a co najwa\u017cniejsze do zwolnienia z odpowiedzialno\u015bci kierownictwo przedsi\u0119biorstwa komunalnego i obs\u0142ug\u0119 oczyszczalni \u015bciek\u00f3w i kanalizacji, o ile odpowiedzialna instytucja ma opracowany i zatwierdzony przez Agencj\u0119 Ochrony \u015arodowiska U.S.A. plan zmierzaj\u0105cy do ograniczenia zrzut\u00f3w awaryjnych wraz z harmonogramem koszt\u00f3w, prowadzone dzia\u0142ania s\u0105 zgodne z tym planem, a zrzut \u015bciek\u00f3w zostanie w ci\u0105gu 24 godzin zg\u0142oszony i raportowany szczeg\u00f3\u0142owo w ustawowym terminie [6].<\/p> <\/div>\n<\/div>\n <\/div>\n <\/div>\n <\/div>\n

\n
\n
\n \n
\n
\n

L I T E R AT U R A<\/p>\n

[1] Ashley R.M., D\u0105browski W., Dry and storm weather transport of Coliforms and Faecal Streptococci in combined sewage, Water Sci. Technol., 1995, 31, 7, 311-21<\/p>\n

[2] Ashley R.M., D\u0105browski W., Mendel K., St\u0119pie\u0144 P., Empiryczna ocena zale\u017cno\u015bci pomi\u0119dzy wska\u017anikami \u015bciek\u00f3w w kanalizacji, Ochrona \u015arodowiska,1996, 3(62),33-36<\/p>\n

[3] Beichert J., Influence of sewer sediments on the overflow load for various combined sewer systems, Wat.Sci.Tech., 1992, Vol.25, 217-224<\/p>\n

[4] Burszta\u2013Adamiak E. Zielone dachy jako element zr\u00f3wnowa\u017conych system\u00f3w odwadniaj\u0105cych na terenach zurbanizowanych. Monografie CLXXV, Wydawnictwo Uniwersytetu Przyrodniczego we Wroc\u0142awiu. Wroc\u0142aw 2014<\/p>\n

[5] D\u0105browski W., Ocena wielko\u015bci \u0142adunk\u00f3w zrzucanych przez przelewy burzowe, Gaz,Woda i Technika Sanitarna, 2007, marzec, 22-25<\/p>\n

[6] D\u0105browski W., D\u0105browska B., Zrzuty wprost z kanalizacji sanitarnej, Instal, 2015,4,56-58<\/p>\n

[7] D\u0105browski W., D\u0105browska B., Przewidywany wp\u0142yw zmian klimatu na dysfunkcj\u0119 system\u00f3w odprowadzania \u015bciek\u00f3w, Gaz, Woda i Technika Sanitarna, 2012,1,17-20<\/p>\n

[8] D\u0105browski W., Rola retencji terenowej w ograniczaniu sp\u0142yw\u00f3w powierzchniowych na przyk\u0142adzie pola golfowego, Gaz, Woda i Technika Sanitarna, 2007, 12, 17-21<\/p>\n

[9] D\u0105browski W., Wp\u0142yw kanalizacji na \u015brodowisko, Wydawnictwo Politechniki Krakowskiej, 2004, 218 str<\/p>\n

[10] Dziopak J., Nowa konstrukcja kanalizacyjnego zbiornika retencyjnego typu Contract, Ochrona \u015arodowiska, 1984, 4434\/3-4, (20-21), 59-62<\/p>\n

[11] Dziopak J. Starzec M., Influence of direction and velocity of precipitation displacement on sewage system dimensioning, Czasopismo In\u017cynierii L\u0105dowej, \u015arodowiska i Architektury, JCEAA, t. XXXI, z.61, July-September, 2014, 63-81<\/p>\n

[12] EN 752:2008 \u201eDrain and sewer systems outside buildings\u201d, stycze\u0144 2008, (PKN 2008)<\/p>\n

[13] Environmental Protection Agency, State Water Resources Control Board, Sanitary sewer overflow incident map, www.waterboards.ca.gov.\/ water_issues\/programssso\/sso_map\/ sso_pub. shtml, stan z 14.07.2015<\/p>\n

[14] Ka\u017amierczak B., Kotowski A., Verification of storm water drainage capacity in hydrodynamic modeling, Prace Naukowe Instytutu In\u017cynierii \u015arodowiska Politechniki Wroc\u0142awskiej, Oficyna Wydawnicza Politechniki Wroc\u0142awskiej, Wroc\u0142aw 2012, 92, monografia 57, 142pp.<\/p>\n

[15] Ka\u017amierczak B., Kotowski A., Depth-duration frequency rainfall model for dimensioning and modelling of Wroc\u0142aw drainage systems, Environmental Protection Engineering, 2012,38,4, 127-138<\/p>\n

[16] Kisiel A., Kisiel J., Malmur R., Mrowiec M., Retention tanks as key elements of modern drainage systems, Czasopismo Techniczne, 2008, 1-\u015a, 41-63<\/p>\n

[17] Kotowski A., Podstawy bezpiecznego wymiarowania odwodnie\u0144 teren\u00f3w, Seidel-Przywecki, Warszawa 2011, str. 527<\/p>\n

[18] McGarity A.E., Mszalny S., Cohen J., StormWISE model using green infrastructure to achieve Philadephia\u2019s CSO volume reductions at minimum cost, Proceedings from the ASCE-EWRI Congress in Sacramento, CA, May 2017<\/p>\n

[19] Mrowiec M., Efektywne wymiarowanie i dynamiczna regulacja kanalizacyjnych zbiornik\u00f3w retencyjnych, monografie \u2013 Politechnika Cz\u0119stochowska, 2009, nr 171<\/p>\n

[20] Mrowiec M., Kocha\u0144ska O., Szel\u0105g B., Application of the vacuum-driven tanks \u2013 technical and economical analysis, In\u017cynieria i Ochrona \u015arodowiska, 2014,17,1,31-40 (in Polish)<\/p>\n

[21] Obarska-Pempkowiak H., Gajewska M., Wojciechowska E., Hydrofitowe oczyszczanie w\u00f3d i \u015bciek\u00f3w, PWN, Warszawa 2010<\/p>\n

[22] Obarska-Pempkowiak H., Gajewska M., Wojciechowska E., Prezent state and future of Wetland technology in environmental protection in Poland. Paw\u0142owski L., Dudzi\u0144ska M., Paw\u0142owski A. (eds, Ecological Engineering), Taylor& Francis Group, Londyn, 2007, str 63-70<\/p>\n

[23] Shoemaker l., Riverso J., Alvi K., Zhen J.X., Paul S., Rafi T., Tetra Tech.,Inc., SUSTAIN \u2013 A framework for placement of Best Management Practices in urban watersheds to protect water quality, EPA Contract No. GS-10F-0268K, National Risk Management Research Laboratory, Office of Research and Development, US Environmental Protection Agency, Cincinnati, OH 45268, EPA- \/600\/R-09\/095, Sept. 2009<\/p>\n

[24] S\u0142y\u015b D., Application of numerical simulation in design of innovative Kalipso-type sewage tank, Environment Protection Engineering, 2010,36,3, 113-126<\/p>\n

[25] Stirrup M., Marchandt D., Simulation of combined sewer overflow storage tank, Journal of Water Management Modeling, 2002, R208-17. doi: 10.14796\/JWMM.R208-17, 271-287<\/p>\n

[26] Szel\u0105g B., B\u0105k \u0141., Probabilistic model for the annual number of storm overflow discharges in a stormwater drainage system, Urban Water Journal, 2016, wrzesie\u0144, 15-20<\/p>\n

[27] Szel\u0105g B., Kiczko A., The graphic method of sizing pipe reservoir for short, high intensity rainfalls, Annuals of Warsaw University of Life Sciences \u2013 SGGW, Land Reclamation, 2014, 46,3,221-232<\/p>\n

[28] W\u0119glarczyk S., On the correctness of the B\u0142aszczyk equation for design rainfall calculations, Infrastruktura i Ekologia Teren\u00f3w Wiejskich \/ Infrastructure and Ecology of Rural Areas, PAN, Nr 3\/IV\/2013, 63-76<\/p>\n

[29] Wojciechowska E., Zastosowanie zielonej infrastruktury do ograniczania zanieczyszczenia w\u00f3d powierzchniowych w zlewni miejskiej, Monografie Komitetu In\u017cynierii \u015arodowiska PAN, 2018,vol.147, 154 str.<\/p> <\/div>\n<\/div>\n <\/div>\n <\/div>\n <\/div>\n <\/div>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Multiobjective optimization methods are being used to predict the most efficient allocation of financial sources in
\norder to achieve the best trade-off solution that balances costs and the various benefits. These methods have been
\napplied in several locations around the world. The approach developed by the U.S. EPA, called SUSTAIN, which
\nuses heuristic evolutionary optimization, is briefly described here. Also, a simplified multiobjective approach, called
\nStormWISE, which uses linear programming, has been applied to reduce combined sewer overflows (CSO) in
\nPhiladelphia. Both approaches are briefly described.najkorzystniejsze relacje pomi\u0119dzy kosztami i wszystkimi rozpatrywanymi korzy\u015bciami. Takie zadania s\u0105 obecnie
\nformu\u0142owane i rozwi\u0105zywane w r\u00f3\u017cnych miejscach na \u015bwiecie. Opisano tutaj model opracowany przez Agencj\u0119
\nOchrony \u015arodowiska USA i nazywany SUSTAIN i kolejny przez grup\u0119 badawcz\u0105 sk\u0142adaj\u0105c\u0105 si\u0119 g\u0142\u00f3wnie z pracownik\u00f3w
\nSwarthmore College oraz Uniwersytetu Johna Hopkinsa i zastosowany w projekcie infrastruktury zielonej
\nobejmuj\u0105cym cz\u0119\u015b\u0107 miasta Filadelfia. G\u0142\u00f3wnym powodem wybudowania tej infrastruktury by\u0142a potrzeba zmniejszenia
\nilo\u015bci \u015bciek\u00f3w i \u0142adunk\u00f3w zanieczyszcze\u0144 zrzucanych przez og\u00f3lnosp\u0142awny przelew burzowy.<\/p>\n","protected":false},"featured_media":0,"parent":0,"menu_order":0,"template":"","meta":[],"tags":[407,402,405],"tematyka":[387],"class_list":["post-6219","artykul","type-artykul","status-publish","hentry","tag-bioretention","tag-cso-en","tag-multiobjective-optimization","tematyka-water-supply-and-sewage-system","has-post-title","has-post-date","has-post-category","has-post-tag","has-post-comment","has-post-author",""],"ptb_metabox":{"ptb_artykul_text_1":["ARTHUR MCGARITY","WOJCIECH D\u0104BROWSKI"],"ptb_artykul_text_2":"10.36119\/15.2019.12.6","ptb_artykul_numer_miesi_cznika":"12\/2019 Instal p. 44-47","ptb_artykul_info_autor":"prof. PhD Arthur McGarity \u2013 Swarthmore College, ORCID : ID https:\/\/orcid.org\/0000-0003-3579-5088\r\nprof. dr hab. in\u017c. Wojciech D\u0105browski \u2013 Politechnika Krakowska ORCID : ID https:\/\/orcid.org\/0000-0003-0896-793X. Adres do\r\nkorespondencji: wdabrow@pk.edu.pl","ptb_artykul_orcid":["https:\/\/orcid.org\/0000-0003-3579-5088","https:\/\/orcid.org\/0000-0003-0896-793X"]},"ptb_taxonomy":{"post_tag":[{"term_id":407,"name":"bioretention","slug":"bioretention","term_group":0,"term_taxonomy_id":407,"taxonomy":"post_tag","description":"","parent":0,"count":2,"filter":"raw"},{"term_id":402,"name":"CSO","slug":"cso-en","term_group":0,"term_taxonomy_id":402,"taxonomy":"post_tag","description":"","parent":0,"count":1,"filter":"raw"},{"term_id":405,"name":"multiobjective optimization","slug":"multiobjective-optimization","term_group":0,"term_taxonomy_id":405,"taxonomy":"post_tag","description":"","parent":0,"count":1,"filter":"raw"}],"tematyka":[{"term_id":387,"name":"Water supply and sewage system","slug":"water-supply-and-sewage-system","term_group":0,"term_taxonomy_id":387,"taxonomy":"tematyka","description":"","parent":0,"count":206,"filter":"raw"}]},"ptb_featured_image":null,"builder_content":"

Wst\u0119p <\/strong><\/p>

Tak zwana \u201eNajlepsza praktyka gospodarowania wodami opadowymi (BMP \u2013 od Best Management Practice) polega na jak najd\u0142u\u017cszym zatrzymaniu ich w miejscu, na kt\u00f3re spad\u0142y i podczyszczeniu oraz co najmniej cz\u0119\u015bciowym wykorzystaniu na cele u\u017cytkowe. Ten kierunek post\u0119powania jest zalecany od kilkudziesi\u0119ciu lat. Powsta\u0142y w sumie dziesi\u0105tki tysi\u0119cy raport\u00f3w badawczych oraz publikacji i setki ksi\u0105\u017cek na ten temat. Pot\u0119\u017cnym \u017ar\u00f3d\u0142em informacji w tym zakresie jest baza publikacji, raport\u00f3w, oraz oprogramowania og\u00f3lnie dost\u0119pne na stronie Agencji Ochrony \u015arodowiska Stan\u00f3w Zjednoczonych Ameryki P\u00f3\u0142nocnej (www.epa.gov). Mo\u017cliwe jest zastosowanie retencji szarej, albo zielonej. Przez t\u0119 pierwsz\u0105 rozumie si\u0119 konstrukcje in\u017cynierskie takie, jak: zbiorniki retencyjne, przepuszczalne chodniki i powierzchnie jezdne, a przez drugie zastosowanie r\u00f3\u017cnego rodzaju bioretencji. Dysponujemy szczeg\u00f3\u0142owymi krajowymi opracowaniami dotycz\u0105cymi jednego i drugiego sposobu retencjonowania. Pod wzgl\u0119dem konstrukcji in\u017cynierskich r\u00f3\u017cne rozwi\u0105zania zazwyczaj \u017celbetowych zbiornik\u00f3w retencyjnych jedno i wielokomorowych, zosta\u0142y opatentowane a nast\u0119pnie opisane w literaturze przez o\u015brodki akademickie w Rzeszowie i Cz\u0119stochowie, a wcze\u015bniej w Krakowie [10], [16], [19], [20], [24], [26], [27]. Stan wiedzy w zakresie zastosowania bioretencji by\u0142 intensywnie badany w zakresie oczyszczalni hydrofitowych w Politechnice Gda\u0144skiej [21],[22],[29], a w zakresie dach\u00f3w zielonych w Politechnice Wroc\u0142awskiej i w Uniwersytecie Przyrodniczym we Wroc\u0142awiu [4].<\/p>

Tak wi\u0119c mamy rozpoznane same metody gospodarowania wodami deszczowymi, ale w praktyce ich stosowanie jest jeszcze dalekie od powszechno\u015bci i niemal zawsze chaotyczne, co prowadzi do du\u017cego marnotrawstwa \u015brodk\u00f3w finansowych. Poniewa\u017c zastosowanie retencji szarej i zielonej w skali miasta wi\u0105\u017ce si\u0119 z du\u017cymi kosztami, ale r\u00f3wnie\u017c przynosi korzy\u015bci i to wielorakie, a nie tylko w zakresie zmniejszenia sp\u0142yw\u00f3w chwilowych w czasie deszczu i podniesienia zasob\u00f3w w\u00f3d podziemnych i gruntowych, w\u0142a\u015bciwe zastosowanie sposob\u00f3w retencjonowania wody wymaga w du\u017cej skali aplikacji modeli optymalizacyjnych, bez kt\u00f3rych wydatkowanie pieni\u0119dzy jest ma\u0142o efektywne.<\/p>\n

System SUSTAIN<\/strong><\/p>

Bior\u0105c pod uwag\u0119 konieczno\u015b\u0107 racjonalizacji w wydatkowaniu \u015brodk\u00f3w pieni\u0119\u017cnych oraz usystematyzowania chaotycznych dzia\u0142a\u0144, Agencja Ochrony \u015arodowiska Stan\u00f3w Zjednoczonych US EPA w 2003 roku rozpocz\u0119\u0142a opracowanie kompleksowej procedury wyboru rodzaju infrastruktury zielonej (GI od Green Infrastructure) oraz jej umiejscowienia na terenach zurbanizowanych [23]. Opracowa\u0142a ona system wspieraj\u0105cy podejmowanie decyzji co do rozmieszczenia r\u00f3\u017cnych rodzaj\u00f3w zabudowy zielonej w terenach zurbanizowanych. Opracowany system opatrzono skr\u00f3tem SUSTAIN, kt\u00f3ry sam w sobie sugeruje ju\u017c g\u0142\u00f3wny cel jego utworzenia i pochodzi od pe\u0142nej nazwy angloj\u0119zycznej \u201eSystem for Urban Stormwater Treatment and Analysis\u201d. Tak wi\u0119c z wielu korzy\u015bci, kt\u00f3re infrastruktura zielona przynosi w terenach miejskich autorzy systemu SUSTAIN uznali zagospodarowanie w\u00f3d deszczowych za podstawow\u0105 funkcj\u0119 do spe\u0142nienia. Wynika to z istotnego wp\u0142ywu przelew\u00f3w burzowych w kanalizacji og\u00f3lnosp\u0142awnej na stan w\u00f3d powierzchniowych [5], tak w zakresie wska\u017anik\u00f3w fizyczno \u2013 chemicznych [2], [3], [9], jak i bakteriologicznych [1]. System ten ma na celu powi\u0105zanie modelowych narz\u0119dzi numerycznych do opisu w czasie rzeczywistym sp\u0142yw\u00f3w powierzchniowych z terenu zlewni i nieustalonych przep\u0142yw\u00f3w przez kana\u0142y z oprogramowaniem optymalizacyjnym, s\u0142u\u017c\u0105cych do wskazania sposob\u00f3w uzyskania za\u0142o\u017conych efekt\u00f3w \u015brodowiskowych jak najmniejszym kosztem. Mi\u0119dzy innymi przetestowano kompleksowo algorytmy numeryczne SWMM oraz HSPF. Poniewa\u017c dost\u0119pne oprogramowanie do symulowania numerycznego: sp\u0142yw\u00f3w powierzchniowych, infiltracji, parowania, retencji powierzchniowej, bioretencji, przep\u0142yw\u00f3w nieustalonych w kana\u0142ach i transportu nimi \u015bciek\u00f3w jest liczne, wi\u0119c system SUSTAIN pozwala na importowanie danych i wynik\u00f3w oblicze\u0144 uzyskanych w wielu numerycznych programach dzia\u0142aj\u0105cych niezale\u017cnie oraz na eksportowanie do nich wynik\u00f3w oblicze\u0144 i zgromadzonych w systemie SUSTAIN danych. Narz\u0119dzia do tych procedur w postaci numerycznego oprogramowania zosta\u0142y umieszczone pod adresem internetowym www.epa.gov\/ednnrmrl\/ models\/sustain. Optymalizacja dotyczy zazwyczaj koszt\u00f3w poniesionych przy budowie infrastruktury zielonej. W takim przypadku poszukuje si\u0119 najmniejszej warto\u015bci funkcji celu, kt\u00f3r\u0105 jest koszt budowy i utrzymania tej infrastruktury. Jak w ka\u017cdym zadaniu jednokryterialnym poszukiwania te zaw\u0119\u017cone s\u0105 do rozwi\u0105za\u0144 spe\u0142niaj\u0105cych zbi\u00f3r warunk\u00f3w ograniczaj\u0105cych, do kt\u00f3rych nale\u017c\u0105 warto\u015bci wymagane co do spe\u0142nienia narzuconych kryteri\u00f3w \u015brodowiskowych oraz wszystkie r\u00f3wnania, na podstawie kt\u00f3rych prowadzi si\u0119 modelowanie matematyczne przep\u0142yw\u00f3w nieustalonych po powierzchni zlewni oraz w kana\u0142ach, jak r\u00f3wnie\u017c prognozuje efekty technologiczne w zakresie podczyszczania w\u00f3d opadowych. Tak postawione zadanie odpowiada na pytanie, jakie rodzaje infrastruktury zielonej nale\u017cy przyj\u0105\u0107 i jak j\u0105 rozmie\u015bci\u0107 aby uzyska\u0107 jak najni\u017cszym kosztem zadane efekty ekologiczne (przyk\u0142adowo zadan\u0105 g\u00f3rn\u0105 warto\u015b\u0107 \u0142adunku ChZT zrzucanego rocznie przez przelewy burzowe). Mo\u017cliwe jest zastosowanie wielokrotne optymalizacji jednokryterialnej w taki spos\u00f3b, aby funkcja celu za ka\u017cdym razem dotyczy\u0142a wybranego efektu \u015brodowiskowego, a koszty zosta\u0142y przeniesione do zbioru warunk\u00f3w ograniczaj\u0105cych. Zadania tego typu odpowiadaj\u0105 na pytanie rodzaju \u201eNa ile w ramach tych samych nak\u0142ad\u00f3w finansowych mo\u017cna uzyska\u0107 lepsze efekty \u015brodowiskowe pod wybranym wzgl\u0119dem, przy poniesieniu nie wi\u0119kszych nak\u0142ad\u00f3w finansowych i nie gorszych efektach \u015brodowiskowych pod ka\u017cdym innym wzgl\u0119dem. Ta technologia stosowana jest z powodzeniem w wielu pracach, na przyk\u0142ad przy rozpatrywaniu funkcji cyklu \u017cycia (LCA) produkt\u00f3w. Ostatnio podj\u0119to r\u00f3wnie\u017c w literaturze problem formu\u0142owania i rozwi\u0105zywania oraz aplikacji zada\u0144 optymalizacji wielokryterialnej w odniesieniu do najkorzystniejszego rozmieszczenia infrastruktury zielonej na terenach zurbanizowanych [23]. Zastosowanie z\u0142o\u017conych modeli transportu masy (w\u00f3d\/\u015bciek\u00f3w i \u0142adunk\u00f3w zanieczyszcze\u0144) przewodami kanalizacyjnymi wymaga wykonania co najmniej setek, a cz\u0119sto tysi\u0119cy, symulacji numerycznych dzia\u0142ania kanalizacji w r\u00f3\u017cnych wariantach u\u0142o\u017cenia infrastruktury zielonej w celu jej optymalnego rozmieszczenia. Wymaga to d\u0142ugotrwa\u0142ych i \u017cmudnych oblicze\u0144, a przede wszystkim zgromadzenia znacznej bazy danych o opadach deszczu, topografii i ukszta\u0142towaniu terenu, sieci kanalizacyjnej i warunkach wodno \u2013 gruntowych oraz pogodowych, jak r\u00f3wnie\u017c o jako\u015bci \u015bciek\u00f3w. Dlatego podejmowane s\u0105 prace nad modelami uproszczonymi, bazuj\u0105ce na optymalizacji liniowej [18], o kt\u00f3rych napiszemy w drugim artykule.<\/p>\n

Mo\u017cliwo\u015b\u0107 aplikacji modeli<\/strong><\/p>

Zastosowanie algorytmu optymalizacyjnego pozwala na najbardziej efektywne rozlokowanie \u015brodk\u00f3w przeznaczonych na rozmieszczenie teren\u00f3w zielonych dla r\u00f3\u017cnorodnych cel\u00f3w, z kt\u00f3rych jednym z g\u0142\u00f3wnych jest bioretencja. W odniesieniu do nowo budowanych cz\u0119\u015bci miasta mo\u017cliwe jest sformu\u0142owanie wymaga\u0144 co do zagospodarowania w\u00f3d deszczowych na terenie inwestycji i mo\u017cna zasugerowa\u0107 rozwi\u0105zanie wynikaj\u0105ce z zastosowanego modelu optymalizacyjnego. Nale\u017cy si\u0119 w\u00f3wczas spodziewa\u0107, \u017ce deweloper wybierze sugerowane rozwi\u0105zanie, jako najta\u0144sze spo\u015br\u00f3d wszystkich, kt\u00f3re spe\u0142nia\u0107 b\u0119d\u0105 ustalone wymagania co do ogranicze\u0144 narzuconych na wielko\u015b\u0107 i jako\u015b\u0107 odprowadzanych w\u00f3d deszczowych. Je\u017celi nawet wybierze rozwi\u0105zanie inne to przy wydawaniu Wytycznych Technicznych Zabudowy (o ile nie ma planu zagospodarowania przestrzennego), a p\u00f3\u017aniej zatwierdzaniu projektu i uzyskiwaniu pozwolenia na budow\u0119 powinien przedstawi\u0107 rozwi\u0105zanie daj\u0105ce nie gorszy efekt technologiczny ni\u017c ten wynikaj\u0105cy z rozwi\u0105zania zadania optymalizacyjnego. W takiej sytuacji wybranie przez inwestora innego rozwi\u0105zania nie zaburza wynik\u00f3w rozwi\u0105zania zadania optymalizacyjnego na pozosta\u0142ym terenie. W odniesieniu do zabudowy istniej\u0105cej, mo\u017cliwo\u015bci wp\u0142ywania na decyzje o wprowadzeniu inwestycji zwi\u0119kszaj\u0105cych udzia\u0142 teren\u00f3w zielonych i bioretencji w prywatnym terenie zabudowanym s\u0105 ograniczone. Uzasadnione jest stosowanie zach\u0119ty w postaci zmniejszania wysoko\u015bci op\u0142at za odprowadzanie w\u00f3d deszczowych. Niemniej stare cz\u0119\u015bci miast s\u0105 najmniej przygotowane na takie inwestycje, a budynki zamieszka\u0142e s\u0105 g\u0142\u00f3wnie przez osoby starsze, o mniejszych mo\u017cliwo\u015bciach finansowych oraz ograniczonej aktywno\u015bci \u017cyciowej. Dlatego w praktycznych aplikacjach zada\u0144 optymalizacyjnych dotycz\u0105cych optymalnego rozplanowania przestrzennego bioretencji w starych cz\u0119\u015bciach miasta najpraktyczniej jest narzuci\u0107 odp\u0142ywy zbli\u017cone do dotychczasowych i nie przeprowadza\u0107 tam optymalizacji wyboru metod bioretencji i jej u\u0142o\u017cenia przestrzennego. Chyba, \u017ce dotyczy to teren\u00f3w nale\u017c\u0105cych do jednostki osadniczej. Mo\u017cliwo\u015bci aplikacyjne dotycz\u0105 nie tylko nowych dzielnic miast, ale r\u00f3wnie\u017c teren\u00f3w s\u0142abo zabudowanych [8].<\/p>\n

Bioretencja a klimat<\/strong><\/p>

Konieczno\u015b\u0107 stosowania bioretencji, a dla jej efektywnego rozplanowania modeli optymalizacyjnych, wynika mi\u0119dzy innymi ze zmian klimatycznych. W Wielkiej Brytanii przewiduje si\u0119, \u017ce do roku 2020 w wyniku urbanizacji ilo\u015b\u0107 \u015bciek\u00f3w zrzucanych przez przelewy burzowe w tym kraju wzro\u015bnie z 140.000 m3 \/rok do 170.000 m3 \/rok je\u017celi nie zatrzymamy, chocia\u017c cz\u0119\u015bciowo, w miejscu opadu i nie wykorzystamy w\u00f3d opadowych. Zgodnie z tymi przewidywaniami [7] sp\u0142ywy z oko\u0142o 20% powierzchni szczelnych nale\u017ca\u0142oby zagospodarowa\u0107 na miejscu, aby przy obecnej zabudowie ilo\u015b\u0107 zrzucanych \u015bciek\u00f3w z przelew\u00f3w burzowych nie zmieni\u0142a si\u0119 do roku 2080. Tymczasem wr\u0119cz przeciwnie, prognozuje si\u0119 i\u017c do tego czasu ca\u0142kowita powierzchnia jezdni i chodnik\u00f3w wzro\u015bnie a\u017c o 50%, a w dodatku powierzchnia dach\u00f3w r\u00f3wnie\u017c si\u0119 zwi\u0119kszy o 20%. Du\u017ce sp\u0142ywy powierzchniowe z terenu jednostki osadniczej nie maj\u0105 zazwyczaj istotnego wp\u0142ywu na wielko\u015b\u0107 wezbra\u0144 w du\u017cym cieku, kt\u00f3ry przez tak\u0105 miejscowo\u015b\u0107 przep\u0142ywa. Wywo\u0142uj\u0105 natomiast stany powodziowe na kr\u00f3tkich ciekach, dla<\/p>\n \"Rys.1 <\/a> Rys.1
\u015arednie miesi\u0119czne wysoko\u015bci opad\u00f3w w Polsce, Austrii, Niemczech i w by\u0142ej Czechos\u0142owacji, zestawione na podstawie danych dost\u0119pnych w internecie\n

kt\u00f3rych obszar zurbanizowany stanowi znaczn\u0105 cz\u0119\u015b\u0107 ich powierzchni zlewni. Dlatego coraz cz\u0119\u015bciej przy rozbudowie powierzchni zaj\u0119tej przez budownictwo jedno i wielorodzinne stawiany jest warunek, aby odp\u0142ywy maksymalne z terenu zabudowanego nie przekracza\u0142y warto\u015bci obserwowanych przed rozbudow\u0105. Tak postawiony warunek mo\u017cna spe\u0142ni\u0107 jedynie przez zastosowanie retencji, a bioretencja jest najbardziej odpowiednim sposobem na jej utworzenie. Konkurencj\u0105 dla bioretencji s\u0105 rozwi\u0105zania sieci kanalizacyjnych oparte na retencji szarej, a wi\u0119c zbiorniki retencyjne, w tym zbiorniki kana\u0142owe, kt\u00f3re \u0142atwiej jest wpasowa\u0107 w ciasn\u0105 zabudow\u0119 ni\u017c zbiorniki prostok\u0105tne [19]. Je\u017celi zbiorniki te s\u0105 budowane w celu zmniejszenia zrzut\u00f3w przez przelewy burzowe do odbiornik\u00f3w to najkorzystniejszym ich usytuowaniem jest umieszczenie ich tu\u017c przed przelewami burzowymi. W\u00f3wczas pierwszy przelew skierowuje nadmiar \u015bciek\u00f3w z przepe\u0142nionego kana\u0142u do zbiornika retencyjnego, a dopiero drugi przelew z tego zbiornika do rzeki [6],[9],[25]. Takie ustawienie zbiornika zapobiega sytuacjom, w kt\u00f3rych w wyniku zmienno\u015bci opad\u00f3w w czasie i w przestrzeni dochodzi do zrzut\u00f3w deszczowych w czasie gdy zbiorniki retencyjne s\u0105 jedynie cz\u0119\u015bciowo nape\u0142nione. Jednak\u017ce przekazanie zgromadzonych w tych zbiornikach w\u00f3d deszczowych i roztopowych zmieszanych w systemie kanalizacji og\u00f3lnosp\u0142awnej do oczyszczalni \u015bciek\u00f3w komunalnych ma konsekwencje w postaci znacznego obni\u017cenia temperatury oczyszczanych \u015bciek\u00f3w w okresie zimowym oraz zmniejszenia zawarto\u015bci w nich w\u0119gla organicznego. W Niemczech przyj\u0119to, \u017ce 80% \u0142adunku ChZT wprowadzanych do kanalizacji og\u00f3lnosp\u0142awnej z powierzchni ulic i chodnik\u00f3w powinno by\u0107 retencjonowanych i oczyszczanych [9]. Gdyby przyj\u0105\u0107, \u017ce te \u015bcieki retencjonowane b\u0119d\u0105 w ca\u0142o\u015bci w infrastrukturze szarej, a wi\u0119c w \u017celbetowych zbiornikach retencyjnych, to nale\u017ca\u0142oby przetrzyma\u0107 60% obj\u0119to\u015bci sp\u0142yw\u00f3w i nast\u0119pnie przes\u0142a\u0107 je do oczyszczalni \u015bciek\u00f3w z uwagi na mniejsze \u0142adunki ChZT w wodach deszczowych odp\u0142ywaj\u0105cych pod koniec opad\u00f3w. Ocenia si\u0119, \u017ce wymaga to zwi\u0119kszenia przepustowo\u015bci oczyszczalni \u015bciek\u00f3w o oko\u0142o 20% w skali rocznej [9]. Ju\u017c na pocz\u0105tku tego wieku obj\u0119to\u015b\u0107 \u015bciekowych zbiornik\u00f3w retencyjnych w Niemczech wynosi\u0142a ponad 12 km3 i \u015bcieki te przekazywane s\u0105 sukcesywnie do oczyszczalni \u015bciek\u00f3w, co cz\u0119sto niekorzystnie zmienia ich sk\u0142ad, zmniejszaj\u0105c udzia\u0142 og\u00f3lnego w\u0119gla organicznego (OWO), a w zimie zmniejsza temperatur\u0119, co szczeg\u00f3lnie utrudnia proces nitryfikacji. Takich negatywnych wp\u0142yw\u00f3w unika si\u0119 przy zastosowaniu retencji zielonej. Ponadto inwestowanie w zbiorniki retencyjne typu szarego jest kosztowne. O ile dla du\u017cych sieci kanalizacyjnych wymagane jest numeryczne modelowanie transportu zanieczyszcze\u0144 do przelew\u00f3w burzowych [12], o tyle dla ma\u0142ych zlewni kanalizacyjnych korzysta si\u0119 z metod uproszczonych. Wed\u0142ug nomogram\u00f3w ATV w Niemczech na jeden hektar powierzchni szczelnej zlewni przewiduje si\u0119 20m3 do 40m3 pojemno\u015bci zbiornik\u00f3w retencyjnych. W Polsce sieci kanalizacji deszczowej i og\u00f3lnosp\u0142awnej s\u0105 niemal w ca\u0142o\u015bci o zbyt ma\u0142ej przepustowo\u015bci z uwagi na to, \u017ce stosowane w ubieg\u0142ych latach powszechnie r\u00f3wnanie B\u0142aszczyka na nat\u0119\u017cenie opadu deszczu znacznie zani\u017ca\u0142o warto\u015bci nat\u0119\u017cenia opadu [14],[15],[17],[28], w niekt\u00f3rych przypadkach nawet do 40%. Do wymiarowania kana\u0142\u00f3w stosuje si\u0119 model statyczny, a opady cz\u0119sto przemieszczaj\u0105 si\u0119 nad zlewni\u0105 [11], co znacznie mo\u017ce zmienia\u0107 przep\u0142ywy przez kana\u0142y. Przeprowadzaj\u0105c por\u00f3wnanie z warunkami niemieckimi nale\u017cy mie\u0107 na uwadze, \u017ce w Polsce klimat jest bardziej kontynentalny i dlatego \u015brednie roczne wysoko\u015bci opad\u00f3w mniejsze. Jednak\u017ce niekoniecznie oznacza to, \u017ce dla warunk\u00f3w klimatycznych w Polsce nale\u017cy spodziewa\u0107 si\u0119 dolnej granicy 20m3 wymaganej obj\u0119to\u015bci szarych zbiornik\u00f3w retencyjnych na 1ha szczelnej powierzchni zlewni. Jak bowiem wynika z rysunku 1 najwi\u0119ksze wysoko\u015bci opad\u00f3w, tak w Polsce jak i w Niemczech, Austrii i w Czechach przypadaj\u0105 na lipiec i akurat w tym miesi\u0105cu \u015brednia wieloletnia wysoko\u015b\u0107 opad\u00f3w w Polsce jest nawet nieznacznie wi\u0119ksza ni\u017c w Niemczech. Ponadto przy obecnych zmianach klimatycznych, co prawda w skali naszego kraju nie ma jednoznacznie udokumentowanego wzrostu \u015bredniej rocznej wysoko\u015bci opadu, tak jak to mo\u017cna wykaza\u0107 w skali ca\u0142ego kontynentu, ale nie ulega w\u0105tpliwo\u015bci i\u017c wyd\u0142u\u017caj\u0105 si\u0119 okresy czasu pomi\u0119dzy opadami, a ich intensywno\u015b\u0107 ro\u015bnie [7]. Tak wi\u0119c w Polsce konieczne jest znaczne zwi\u0119kszenie retencji terenowej i\/lub infrastruktury zielonej, daj\u0105cej wielorakie korzy\u015bci opr\u00f3cz zmniejszenia odp\u0142ywu w\u00f3d deszczowych ze zlewni.<\/p>\n

Przelewy awaryjne<\/strong><\/p>

Zazwyczaj zmniejszenie \u0142adunk\u00f3w zanieczyszcze\u0144 zrzucanych przez przelewy burzowe kanalizacji og\u00f3lnosp\u0142awnej przyjmuje si\u0119 za najistotniejsz\u0105 rol\u0119 infrastruktury zielonej w terenach silnie zurbanizowanych. Jeszcze wi\u0119ksze zagro\u017cenie dla \u015brodowiska mog\u0105 stanowi\u0107 zrzuty przez przelewy awaryjne oczyszczalni \u015bciek\u00f3w. Problem ten jest przemilczany w Polsce gdy\u017c w przeciwie\u0144stwie do U.S.A. [6] nie ma procedury prawnej zmuszaj\u0105cej zak\u0142ad komunalny do przekazywania informacji i gromadzenia ich na szczeblu krajowym, a co najwa\u017cniejsze do zwolnienia z odpowiedzialno\u015bci kierownictwo przedsi\u0119biorstwa komunalnego i obs\u0142ug\u0119 oczyszczalni \u015bciek\u00f3w i kanalizacji, o ile odpowiedzialna instytucja ma opracowany i zatwierdzony przez Agencj\u0119 Ochrony \u015arodowiska U.S.A. plan zmierzaj\u0105cy do ograniczenia zrzut\u00f3w awaryjnych wraz z harmonogramem koszt\u00f3w, prowadzone dzia\u0142ania s\u0105 zgodne z tym planem, a zrzut \u015bciek\u00f3w zostanie w ci\u0105gu 24 godzin zg\u0142oszony i raportowany szczeg\u00f3\u0142owo w ustawowym terminie [6].<\/p>\n

L I T E R AT U R A<\/p>

[1] Ashley R.M., D\u0105browski W., Dry and storm weather transport of Coliforms and Faecal Streptococci in combined sewage, Water Sci. Technol., 1995, 31, 7, 311-21<\/p>

[2] Ashley R.M., D\u0105browski W., Mendel K., St\u0119pie\u0144 P., Empiryczna ocena zale\u017cno\u015bci pomi\u0119dzy wska\u017anikami \u015bciek\u00f3w w kanalizacji, Ochrona \u015arodowiska,1996, 3(62),33-36<\/p>

[3] Beichert J., Influence of sewer sediments on the overflow load for various combined sewer systems, Wat.Sci.Tech., 1992, Vol.25, 217-224<\/p>

[4] Burszta\u2013Adamiak E. Zielone dachy jako element zr\u00f3wnowa\u017conych system\u00f3w odwadniaj\u0105cych na terenach zurbanizowanych. Monografie CLXXV, Wydawnictwo Uniwersytetu Przyrodniczego we Wroc\u0142awiu. Wroc\u0142aw 2014<\/p>

[5] D\u0105browski W., Ocena wielko\u015bci \u0142adunk\u00f3w zrzucanych przez przelewy burzowe, Gaz,Woda i Technika Sanitarna, 2007, marzec, 22-25<\/p>

[6] D\u0105browski W., D\u0105browska B., Zrzuty wprost z kanalizacji sanitarnej, Instal, 2015,4,56-58<\/p>

[7] D\u0105browski W., D\u0105browska B., Przewidywany wp\u0142yw zmian klimatu na dysfunkcj\u0119 system\u00f3w odprowadzania \u015bciek\u00f3w, Gaz, Woda i Technika Sanitarna, 2012,1,17-20<\/p>

[8] D\u0105browski W., Rola retencji terenowej w ograniczaniu sp\u0142yw\u00f3w powierzchniowych na przyk\u0142adzie pola golfowego, Gaz, Woda i Technika Sanitarna, 2007, 12, 17-21<\/p>

[9] D\u0105browski W., Wp\u0142yw kanalizacji na \u015brodowisko, Wydawnictwo Politechniki Krakowskiej, 2004, 218 str<\/p>

[10] Dziopak J., Nowa konstrukcja kanalizacyjnego zbiornika retencyjnego typu Contract, Ochrona \u015arodowiska, 1984, 4434\/3-4, (20-21), 59-62<\/p>

[11] Dziopak J. Starzec M., Influence of direction and velocity of precipitation displacement on sewage system dimensioning, Czasopismo In\u017cynierii L\u0105dowej, \u015arodowiska i Architektury, JCEAA, t. XXXI, z.61, July-September, 2014, 63-81<\/p>

[12] EN 752:2008 \u201eDrain and sewer systems outside buildings\u201d, stycze\u0144 2008, (PKN 2008)<\/p>

[13] Environmental Protection Agency, State Water Resources Control Board, Sanitary sewer overflow incident map, www.waterboards.ca.gov.\/ water_issues\/programssso\/sso_map\/ sso_pub. shtml, stan z 14.07.2015<\/p>

[14] Ka\u017amierczak B., Kotowski A., Verification of storm water drainage capacity in hydrodynamic modeling, Prace Naukowe Instytutu In\u017cynierii \u015arodowiska Politechniki Wroc\u0142awskiej, Oficyna Wydawnicza Politechniki Wroc\u0142awskiej, Wroc\u0142aw 2012, 92, monografia 57, 142pp.<\/p>

[15] Ka\u017amierczak B., Kotowski A., Depth-duration frequency rainfall model for dimensioning and modelling of Wroc\u0142aw drainage systems, Environmental Protection Engineering, 2012,38,4, 127-138<\/p>

[16] Kisiel A., Kisiel J., Malmur R., Mrowiec M., Retention tanks as key elements of modern drainage systems, Czasopismo Techniczne, 2008, 1-\u015a, 41-63<\/p>

[17] Kotowski A., Podstawy bezpiecznego wymiarowania odwodnie\u0144 teren\u00f3w, Seidel-Przywecki, Warszawa 2011, str. 527<\/p>

[18] McGarity A.E., Mszalny S., Cohen J., StormWISE model using green infrastructure to achieve Philadephia\u2019s CSO volume reductions at minimum cost, Proceedings from the ASCE-EWRI Congress in Sacramento, CA, May 2017<\/p>

[19] Mrowiec M., Efektywne wymiarowanie i dynamiczna regulacja kanalizacyjnych zbiornik\u00f3w retencyjnych, monografie \u2013 Politechnika Cz\u0119stochowska, 2009, nr 171<\/p>

[20] Mrowiec M., Kocha\u0144ska O., Szel\u0105g B., Application of the vacuum-driven tanks \u2013 technical and economical analysis, In\u017cynieria i Ochrona \u015arodowiska, 2014,17,1,31-40 (in Polish)<\/p>

[21] Obarska-Pempkowiak H., Gajewska M., Wojciechowska E., Hydrofitowe oczyszczanie w\u00f3d i \u015bciek\u00f3w, PWN, Warszawa 2010<\/p>

[22] Obarska-Pempkowiak H., Gajewska M., Wojciechowska E., Prezent state and future of Wetland technology in environmental protection in Poland. Paw\u0142owski L., Dudzi\u0144ska M., Paw\u0142owski A. (eds, Ecological Engineering), Taylor& Francis Group, Londyn, 2007, str 63-70<\/p>

[23] Shoemaker l., Riverso J., Alvi K., Zhen J.X., Paul S., Rafi T., Tetra Tech.,Inc., SUSTAIN \u2013 A framework for placement of Best Management Practices in urban watersheds to protect water quality, EPA Contract No. GS-10F-0268K, National Risk Management Research Laboratory, Office of Research and Development, US Environmental Protection Agency, Cincinnati, OH 45268, EPA- \/600\/R-09\/095, Sept. 2009<\/p>

[24] S\u0142y\u015b D., Application of numerical simulation in design of innovative Kalipso-type sewage tank, Environment Protection Engineering, 2010,36,3, 113-126<\/p>

[25] Stirrup M., Marchandt D., Simulation of combined sewer overflow storage tank, Journal of Water Management Modeling, 2002, R208-17. doi: 10.14796\/JWMM.R208-17, 271-287<\/p>

[26] Szel\u0105g B., B\u0105k \u0141., Probabilistic model for the annual number of storm overflow discharges in a stormwater drainage system, Urban Water Journal, 2016, wrzesie\u0144, 15-20<\/p>

[27] Szel\u0105g B., Kiczko A., The graphic method of sizing pipe reservoir for short, high intensity rainfalls, Annuals of Warsaw University of Life Sciences \u2013 SGGW, Land Reclamation, 2014, 46,3,221-232<\/p>

[28] W\u0119glarczyk S., On the correctness of the B\u0142aszczyk equation for design rainfall calculations, Infrastruktura i Ekologia Teren\u00f3w Wiejskich \/ Infrastructure and Ecology of Rural Areas, PAN, Nr 3\/IV\/2013, 63-76<\/p>

[29] Wojciechowska E., Zastosowanie zielonej infrastruktury do ograniczania zanieczyszczenia w\u00f3d powierzchniowych w zlewni miejskiej, Monografie Komitetu In\u017cynierii \u015arodowiska PAN, 2018,vol.147, 154 str.<\/p>","_links":{"self":[{"href":"https:\/\/informacjainstal.com.pl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/artykul\/6219","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/informacjainstal.com.pl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/artykul"}],"about":[{"href":"https:\/\/informacjainstal.com.pl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/types\/artykul"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/informacjainstal.com.pl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=6219"}],"wp:term":[{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/informacjainstal.com.pl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=6219"},{"taxonomy":"tematyka","embeddable":true,"href":"https:\/\/informacjainstal.com.pl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/tematyka?post=6219"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}