Поскольку изменение климата усиливает наводнения в городах, вот как сообщества могут стать «городами-губками»

«Когда идет дождь, то льет» когда-то было метафорой плохих вещей, происходящих в группах.Теперь это становится констатацией факта относительно количества осадков в меняющемся климате.

На территории континентальной части США интенсивные однодневные осадки становятся все более частыми, подпитываемый нагревающимся воздухом, который может удерживать повышенный уровень влаги.Совсем недавно в начале мая 2024 года в районах к северу от Хьюстона за несколько дней выпало от 12 до 20 дюймов (от 30 до 50 сантиметров) дождя, что привело к заболоченные дороги и эвакуация.

Ранее в этом году Сан-Диего выпало 2,72 дюйма (7 см) дождя янв.22, которые повредили почти 600 домов и перемещено около 1200 человек.Две недели спустя атмосферная река сбросила воду. В Лос-Анджелесе выпадет от 5 до 10 дюймов (от 12 до 25 сантиметров) дождя., что вызвало масштабные оползни и оставило без электричества более миллиона человек.

Подобные события вызвали интерес к так называемым губчатым городам – комплексному подходу к смягчению последствий наводнений в городах, который использует инновационные ландшафтные и дренажные конструкции для уменьшения и замедления стока, в то же время позволяя определенным частям города безопасно затопляться во время экстремальных погодных условий.Методы «губчатого города» отличаются от других подходов к управлению ливневыми водами, поскольку они масштабируются к гораздо более сильным ураганам и должны применяться практически на всех городских поверхностях.

Я инженер водных ресурсов, который исследования и дизайн стратегии устойчивого управления городскими ливневыми водами.В ответ на недавние эпизоды наводнений некоторые США.города начинают предпринимать шаги по включению концепции «губчатого города» в свои планы управления ливневыми водами, но большинство этих проектов все еще находятся на стадии пилотных проектов.Если эта концепция превратится в новый стандарт городского дизайна, городским властям и разработчикам придется найти способы масштабирования и ускорения этой работы.

Проблема ливневых вод

Спустя более чем столетие после США.города начали устанавливать централизованные канализационные системы в середине 1800-х годов, по трубам шли ливневые воды – дождь или талый снег, которые убегает с улиц и зданий – к близлежащим рекам или гаваням.Такой подход уменьшил местные наводнения, но привел к загрязнению прилегающих вод и усугубил риски наводнений ниже по течению.

1972 год Закон о чистой воде был разработан, чтобы к 1983 году сделать воды страны пригодными для рыбной ловли и купания, но не смог достичь этой цели.Одной из основных причин было то, что закон изначально был направлен только на сокращение точечные источники – сбросы загрязняющих веществ, происходящие из идентифицируемого источника, например, из трубы, отводящей человеческие или промышленные отходы.

В конце 1980-х годов Конгресс внес поправки в закон, направленные на решение проблемы неточечные или диффузные источники загрязнения воды, включая ливневые воды.Инженеры начали разрабатывать системы улавливания отложений при «первом сливе» сточных вод, поскольку считалось, что вредные загрязнители, такие как тяжелые металлы, прилипают к этим частицам.

По сей день зеленая инфраструктура и другие методы управления ливневыми водами в США не используются.обычно предназначены для задержания, удержания или фильтрации только первых 1–2 дюймов (2,5–5 см) стоков.По отдельности они не могут уловить весь сток, образующийся во время более крупных ураганов, таких событий, которые становится все более частым из-за изменения климата.Более того, управление ливневыми водами часто не требуется на небольших земельных участках, которые в совокупности могут представлять собой значительную часть городских водосборов.

Все эти факторы ограничивают способность зеленой инфраструктуры снижать риски наводнений.

Озеленение инфраструктуры шаг за шагом

Термин «город-губка» возник в Китае около 2010 года, но США.города имеют использовал подобные идеи с 1970-х годов улучшить качество воды в реках и ручьях.

В начале 2000-х годов идея создания сообществ для фильтрации и впитывания ливневых вод стала известна как зеленая инфраструктура.Регулирующие органы и коммунальные предприятия увидели в этом потенциально экономически эффективную стратегию соблюдения требований. федеральные правила чистой воды.В городах, где существующие системы ливневой канализации сбрасывают воду непосредственно в ручьи, озера и реки, зеленая инфраструктура может отфильтровывать загрязняющие вещества из ливневых вод до того, как они попадут в эти водные пути.

В сотнях городов, главным образом на Северо-Востоке и Среднем Западе, ливневые и сточные воды переносятся по тем же канализационным трубам.Зеленая инфраструктура предложила стратегию отвода ливневых вод из канализационной системы в места, где они могли впитаться в землю.Это помогло снизить вероятность переполнения канализационных систем и попадания неочищенные ливневые и сточные воды в местные воды.

В таких городах, как Филадельфия, Нью-Йорк, Цинциннати, Сан-Франциско, Кливленд, Вашингтон, округ Колумбия, и Канзас-Сити, штат Миссури, потратил миллиарды долларов за последние 20 лет для модернизации освоенных ландшафтов с помощью дождевых садов, зеленых крыш, водопроницаемых тротуаров, построенных водно-болотных угодий и других мер по контролю ливневых стоков в масштабе объекта.Однако большинство этих систем были установлены в районах с наибольшим загрязнением воды и не были рассчитаны на борьбу с сильными ураганами.

В лучших случаях зеленая инфраструктура устанавливалась на землях, находящихся в государственной собственности, и требовалась для новых или реконструированных крупномасштабных застроек.Гораздо сложнее оказалось создать зеленую инфраструктуру на небольших, находящихся в частной собственности земельных участках, которые в совокупности составляют значительный процент городских водосборных территорий.

В некоторых городах некоторые новые застройки все еще утверждаются без какой-либо необходимой системы очистки ливневых вод или анализа того, каким образом ливневые воды могут вызвать наводнение на расположенных ниже по течению и прилегающих объектах.А во многих городах ливневые воды с небольших земельных участков могут попадать без очистки в канализационные системы.Если много таких участков расположено в одном районе, эта обычная практика может увеличить риски наводнений ниже по течению.

Каждая поверхность имеет значение

В моя лаборатория в Университете Дрекселя мы изучаем способы решения проблемы наводнения в районе Иствик на юго-западе Филадельфии.Этот район расположен в нижнем течении пригородного водораздела площадью 77 квадратных миль.Когда вверх по течению идет сильный дождь, Иствик затопляет.В 2020 году тропический шторм Исайас затопил некоторые дома. более 4 футов (1,2 метра) воды.

Наши компьютерные модели показывают, что если бы существовала традиционная зеленая инфраструктура для очистки стоков с 65% непроницаемых поверхностей водораздела, Исайас не стал бы причиной затопления Иствика.Но это в пять раз больше лечения, чем планируют общины, расположенные выше по течению, в рамках своих программ. утвержденные государством планы по сокращению выбросов ливневых вод.

Некоторые критики говорят, что такой уровень озеленения неосуществим с технической, логистической и социальной точек зрения.Но чтобы идея городов-губок стала реальностью, городам в конечном итоге придется придумать, как этого добиться.

Чтобы достичь 65%, этим городам необходимо будет очищать стоки практически со всех крыш, парковок и дорог с помощью той или иной формы зеленой инфраструктуры.Если выделенное пространство для новых дождевых садов и водно-болотных угодий на земле ограничено, стоянки можно оборудовать проницаемым асфальтом или бетоном, который позволит воде проходить через них на землю.Крыши можно превратить в зеленые крыши с растительностью, которые задерживают и удерживают ливневые воды.

В этом видении губчатого города улицы будут реконструированы так, чтобы ливневые воды направлялись в парки и поля для отдыха, построенные в футах ниже поверхности улицы и предназначенные для безопасного затопления в экстремальных погодных условиях.Существующие природные территории будут использоваться для хранения ливневых вод, улучшая их экологию.

В зависимости от того, где выпадают экстремальные осадки, эти системы могут функционировать индивидуально или вместе, имитируя модульность и избыточность, присущие естественным экосистемам.

В поисках денег

В губчатых городах каждая поверхность должна быть соединена с пространством, которое можно безопасно затопить.Переход от традиционной зеленой инфраструктуры к городам-губкам требует комплексной политики, планов и стимулов, которые будут применять подобные решения везде, где выпадает дождь.

Парковки могут быть спроектированы так, чтобы затоплять и спускать воду медленно.То же самое можно сказать и о баскетбольных площадках, парках, площадях и даже улицах, как предписано в Копенгаген, план управления ливнями в Дании.

Такое преобразование застроенной среды не может быть полностью профинансировано предприятиями по очистке ливневых вод.Эти организации сталкиваются с ошеломляющим набором нормативных требований и не могут поднимать ставки выше платежеспособности своих клиентов.

Один из способов собрать больше денег — это сотрудничество между городскими агентствами, ответственными за модернизацию дорог, парков, школьных дворов и других общественных земель, которые также привлекают федеральные деньги, например, Проекты Нью-Йорка по обеспечению устойчивости к ливням..В некоторых случаях финансирование от третьей стороны может дополнить эти усилия.Одним из примеров является сотрудничество между городом Нью-Йорком и Фондом государственных земель добавить элементы зеленой инфраструктуры на школьный двор в Бронксе, чтобы помочь уменьшить местные наводнения.

Города также могли бы предложить стимулы для модернизации и расширения существующих систем управления ливневыми водами на частных землях.Можно создать торговую систему для продажи остаточной мощности близлежащим владельцам недвижимости, у которых нет возможностей по управлению ливневыми водами на месте.

Эта стратегия не из дешевых, но и бездействие тоже недешево.Внутреннее наводнение причинил ущерб на сумму 177,9 миллиардов долларов США с 1980 по 2022 год., и катастрофы стоимостью в миллиарды долларов становятся все более частыми с изменением климата.

Поскольку экстремальные погодные явления становятся все более распространенными, я ожидаю, что стандарты городского планирования и дизайна будут развиваться и включать концепции губчатого города.И этот более надежный подход к управлению ливневыми водами будет продолжать занимать видное место во всех видах муниципальных и частных решений по проектированию и развитию.