Ugrás a tartalomhoz

Települési csapadékvíz gazdálkodás

Köles Péter (2011)

Szent István Egyetem

3. fejezet - A csapadékvíz mennyiségi kezelése

3. fejezet - A csapadékvíz mennyiségi kezelése

Bevezetés

A városi területeken a különböző felületekről összegyülekező és lefolyó csapadékvíz elvezetése a vízmennyiség, és főleg a kialakuló csúcs-vízhozam csökkentése irányul. A csapadékvíz gazdálkodás elvei szerint nem a csapadékvíz gyors levezetése a cél, hanem a csatornába jutó csapadékvíz mennyiség csökkentése, illetve a lefolyási idő növelése. A lefolyás csökkentésére és késleltetésére alkalmazott módszerek alapvetően két csoportba sorolhatók:

  • a keletkezés helyén történő (vagy közmű előtti) szabályozás,

  • közművi szabályozás a csatornahálózat valamely pontján.

A fenti módszereken túl több lehetőség kínálkozik, ezekkel foglalkozik részletesen a tanulási egység.

A tanulási egység célja:

  • Ismerje meg a beszivárogtatás lehetőségeit!

  • Ismerje a lefolyás késleltetésének, a lefolyási idő növelésének eszközeit!

  • Tudja a közművi szabályozás alkalmazási lehetőségeit!

A tanulási egység tananyagának elsajátítását követően Ön képes lesz:

  • Ismertetni a talajvízdúsítás lehetőségeit,

  • Lerajzolni a vízáteresztő burkolatot,

  • Ismertetni a csapadékvíz lefolyás késleltetésének megoldásait,

  • Rajzon bemutatni az átfolyó és a mellék tározás elvét,

  • Ismertetni a kettős csapadék csatornázás elvét.

3.1 A csapadékvíz mennyiségének kezelése

A keletkezés helyén történő szabályozás

A csapadékvíz keletkezés helyén, illetve a felszíni lefolyás szakaszában történő szabályozása egyfajta eszköz a természetes vízkészletek használata szempontjából. Lehetőséget biztosít egyrészt a csatornahálózat és a szennyvíztisztító telep terhelésének mérséklésére. Másrészt lehetővé teszi az ivóvíz felhasználás csökkentését, ezáltal beruházási és fenntartási költségcsökkenést eredményez. Belgiumban például az ilyen jellegű szabályozás a természetes lefolyást igyekszik közelíteni (Gayer, 2004).

A keletkezés helyén történő szabályozás lehet végleges elhelyezés, valamint lefolyás-késleltetés.

A keletkezés helyén történő szabályozás többnyire beszivárogtatást jelent, feltéve, hogy a talaj és a vízminőség is alkalmas erre. A csapadékvíz elszivárogtatása nem csak a csatornát terhelő csapadékvíz-hozam csökkentése szempontjából előnyös, az adott terület talajvíz mérlegét is javítja (Asztalos et al., 2009).

A klímaváltozással egyre hosszabbra nyúló aszályos időszakok tükrében a talajvíz beszivárogtatott csapadékvízzel történő dúsítása és ily módon való tározása fontos a települések vízháztartása szempontjából.

A beszivárogtatás eredményességében döntő szerepet játszik a talajvízszint mélysége, a talaj szivárgási tulajdonságai.

A talajvízdúsítás lehetőségei Gayer (2004) alapján:

  • Beszivárogtatás gyepes, bokros területen, ahol a víz a növények gyökérzete által is segítve szivárog a talajba. Tetőkről, utakról lefolyó vizeket szikkasztanak ily módon általában (3.1. ábra).

    3.1 ábra. Beszivárogtatás gyepes területen (Csapák, 2009)

  • Beszivárogtatás nyílt árokban, fentiekhez hasonló módon. A csatornafenék zúzott kővel való kialakítása javít a módszer hatásfokán, de a döntő tényező a talaj vízáteresztő képessége. Egy-egy szivárogtató árok maximum 2 ha-os vízgyűjtőt szolgál ki.

  • Bioszűrő vápák. Kialakításuk szerint fűvel, vízinövényekkel beültetett mélyedések (3.2 ábra), melyek gyökérzetüknek köszönhetően kiválóan alkalmasak beszivárogtatásra, és a szennyezőanyagok kiszűrésére is.

    Működésük három dologra terjed ki:

    1.) a növényzet felveszi a szennyezőanyagok egy részét,

    2.) kiülepedés következik be az alacsony sebesség következtében, illetve

    3.) a csapadékvíz beszivárog a talajba.

    Bioszűrő vápa (specialty.luckstone.com)

  • Beszivárogtató tó. A tófenék vízáteresztő kell, hogy legyen. Lényeges a tófenék rendszeres kotrása a feliszapolódás, az üledék eltávolítása céljából. Alkalmazása esetén általában max. 5 ha-nyi lehet a vízgyűjtőterület nagysága.

  • Felszín alatti szivárogtató tározás. Nagy hézagtérfogatú anyaggal (pl. zúzott kővel) kitöltött, föld alatti tározótér (3.3. ábra). A vízzáró felületekről ide vezetik a lefolyó vizet, ahol az tározódik, majd lassan elszivárog a talajvíz felé. A tározótér utak alépítményében is kialakítható. Nagy porozitású talaj esetén a lefolyó vizek tározótér kiépítése nélkül, közvetlenül vezethetők a talajba.

    3.3. ábra. Felszín alatti szivárogtató tározás (www.fenntarthato.hu)

  • Porózus, vízáteresztő burkolat (3.4. és 3.5. ábra). Nagy burkolt felületek, nagy csatornasűrűség esetén alkalmazható. A fagyveszély miatt gondos kiépítést igényel, eltömődésének lehetősége miatt folyamatos fenntartást igényel.

A fent felsorolt beszivárogtatási lehetőségeknél olyan növények alkalmazhatók sikeresen, melyek egyaránt tűrik a szárazságot és az elöntést, nagy gyökérzetük révén segítik a beszivárgást, csökkentik az eróziót, így különösen hasznosak lehetnek a csapadékvíz kezelésében.

Mennyiségi és minőségi szempontból is megfelelők a csapadékvíz kezelésére a következő növények (a teljesség igénye nélkül):

  • fák: juhar, kőris, nyír fűz,

  • bokrok: berkenye, fűz, vadrózsa, gyöngyvessző,

  • pázsitfűfélék: szittyó, sás, csenkesz.

3.4 ábra. Vízáteresztő burkolat felépítése (EPA NSW 1997)

3.5 ábra: Elszivárogtató burkolatok (Asztalos et al., 2009)

A csapadékvizet tárolhatjuk olyan vízzáró burkolatú felületeken is, ahol az ideiglenes elöntés nem okoz kellemetlenséget. Ebben az esetben a víznyelő műtárgy, vagy a csatlakozó műtárgy méretének szabályozása ad lehetőséget a víz visszatartására, esetleg lassabb elvezetésére.

A tározás ilyen lehetőségei Gayer (2004) szerint:

  • Lapos tetős épületeken. Ehhez a tető megfelelő szigetelése szükséges. Kockázatos és viszonylag kis hatékonyságú megoldás. Az épületen történő tározás egyik formája lehet a zöldtetők alkalmazása. Azok közül is elsősorban az extenzív zöldtetők (3.6 ábra) jöhetnek szóba. Minden zöldtető a következő hatásokat gyakorolja a csapadék lefolyásra (Roth-Kleyer, 2005):

    • a csapadék okozta lefolyás csökkentése,

    • a csapadék tárolása a zöldtetőkben és a csúcsok csökkentése,

    • a növényzet okozta tárolás,

    • evapotranspiráció (a talaj és növényzet együttes párologtatása).

    Fontosságuk a környezetre és az épületekre gyakorolt kedvező hatásukban, valamint az esztétikus látvány kialakításában is jelentkezik (Horváthné és Mrekva, 2010).

    3.6 ábra. Extenzív zöldtető (Forrás:www.crookedbrains.net)

  • Gépkocsi parkolókban (3.7 ábra). A terület megfelelő kialakítása szükséges, bár ez a gépkocsik megközelítését nehezíti a tározás ideje alatt.

  • Ciszternában. A tetőről lefolyó csapadékvíz telkeken történő összegyűjtése után jól hasznosítható a háztartásokban (ezt a lehetőséget a tananyag egy későbbi fejezetében részletesen megemlítjük).

    3.7 ábra. Tározó rendszer kialakítása gépkocsi parkolóban (Gayer, 2004 alapján átszerkesztve)

A lefolyás késleltetésében, kiegyenlítésében nagy szerepet játszik az összegyülekezési idő megnövelése. Erre ad lehetőséget például:

  • A felszín érdességének növelése (burkolt felületek esetében kockakő vagy kőlap alkalmazásával), amely a beszivárgást is elősegíti.

  • Hegy- és dombvidéki települések esetén teraszok alkalmazása, amellyel a lejtős területek nagysága csökkenthető.

  • Záportározó tavak/medencék alkalmazása, melyek lényege, hogy a belépő csatornák vízszállító képessége nagyobb a kilépőkénél. Céljuk sokrétű; konkrétan mennyiségi szabályozás, hordalékfogás, szennyezőanyag eltávolítása növényzet segítségével. A tározókat alkalmazhatjuk a vízgyűjtő terület felső részén, a csapadékvíz felszíni lefolyási szakaszához közel, illetve a közmű részeként. Tározásra alkalmazhatók zárt medencék, és nyílt (burkolattal rendelkező, vagy burkolatlan) tavak. Jellege szerint a tározás lehet:

    • átmeneti, ami „száraz” tározóban valósul meg. Ez lehet medence, de nyílt, mélyen fekvő terület is, elsősorban parkok megfelelő részein (3.8 ábra). Az átmeneti tározókat leggyakrabban 25 évenként egyszer előforduló csapadékból keletkező lefolyás fogadására alakítják ki.

      3.8 ábra. Száraz tározó (Forrás: http://www.sandsailor.com)

    • vízvisszatartás, amelynek létesítménye a „nedves” tározó. Ebben állandóan van víz, és gyakran rekreációs célokat is szolgál (3.9 ábra). A tavak rendszeres karbantartást igényelnek beleértve az üledék eltávolítását is.

      3.9. ábra. Többcélú nedves tározó, Shelton Lakes Area (Forrás: http://www.sheltonconservation.org/cri/images/Hope%20Lake%20gatehouse.jpg)

A csapadékvíz keletkezés helyén történő szabályozásának, valamint a következő részben áttekintésre kerülő közművi szabályozásának lehetőségeit foglalja össze a 3.10 ábra.

3.10 ábra. A keletkezés helyén és a közművekben történő szabályozás lehetőségei (Gayer, 2004 alapján átszerkesztve)

Közművi szabályozás

A lefolyás biztonságát növelhetjük és az elöntés kockázatát csökkenthetjük oly módon, ha növeljük az összegyülekezési időt (Dulovicsné, 2006).

A közművi szabályozás a csatornarendszer mentén vagy a kifolyási szelvény közelében kialakítandó műtárgyakkal oldható meg.

A csatornarendszer mentén alkalmazott tározómedence lehet:

  • átfolyó típusú, ami legtöbbször beton műtárgy, mely alkalmas bizonyos mennyiségű csapadékvíz átmeneti tározására,

    mellék típusú, amely esetén a csatornarendszerből túlfolyón át távozó vizet egy tározótérbe vezetik, ahonnan a csúcsvízhozam levonulása után visszaszivattyúzzák a csatornába. A kétfajta tározás elve a 3.11 ábrán látható.

A kifolyási szelvénynél is átfolyó- vagy mellék tározási mód kialakítása történhet (ez lehetséges szennyvíztisztító telepnél is, itt az első szennyező hullámban érkező csapadékvíz kezelésre kerül).

A tározók méretezése sorozatos közelítéssel oldható meg a belépő csapadék-árhullám ismeretében. Tervezésükkor figyelembe kell venni a helyi hidrológiai viszonyokat és azok hatását a lefolyásra.

3.11 ábra. Az átfolyó és a mellék tározás elve (Gayer, 2004 alapján átszerkesztve)

Visszatartó képességük miatt a lehulló csapadékvíz a csapadék időtartamánál hosszabb idő alatt folyik le. Ezért az időegységre jutó levezetendő vízhozam kevesebb lesz, vagyis csökken az elöntési kockázat (Dulovicsné, 2006).

Kettős csapadék-csatornázás

A településeken keletkező csapadékvíz elvezetésére két rendszer létezik. Az egyik a hagyományos csatornázásnak tekintett, bizonyos visszatérési időre tervezett felszín alatti és felszíni kiépített csatorna, árok, stb. A másik az ezek kapacitását meghaladó, extrém csapadékmennyiség lefolyását elvezetni képes felszíni vízvezető elemek. Ezek megfelelő kialakítás esetén csökkenthetik az elöntési károkat a víz parkokba, vagy gyéren lakott területekre vezetéséve. A rendszer az úgynevezett „kettős csapadék-csatornázás”. A hagyományos csatornahálózat, másképpen „kis rendszer” feladata a biztonságos közlekedés megteremtése, maximum 10 éves gyakoriságú csapadék levezetésével. A „nagy rendszer” hivatott a 25–100 éves záporesemények esetén a víz levezetésére (3.12 ábra). Ezzel a megoldással a közlekedési utak funkciója kibővül, és a forgalom biztosítása mellett - hangsúlyozottan extrém esetekben - részt vesznek a csapadékvíz elvezetésében.

A módszer főleg gazdasági megfontolásokból már több regionális és városi közigazgatási szervezet előírásaiban szerepel. A rendszer megfelelő kialakítása során fontos, hogy a „kis” rendszer ne kerüljön túlnyomás alá, mert a visszahatások, légzsákok kialakulása miatt romolhat az egész rendszer hatásfoka.

3.12 ábra. A kettős csapadék-csatornázás elve (Gayer, 2004 alapján átszerkesztve)

Összefoglalás

Ismétlésképpen elevenítsük fel a tanulási egység fontosabb megállapításait!

Az 1970-es évekig a városi csapadékcsatornázás területén a fő célnak azt tekintették, hogy a keletkezett csapadékvizet minél hamarabb a befogadóba juttassák. Ennek következtében a csapadékcsatorna rendszerek és műtárgyak hatalmas méreteket kezdtek ölteni. A költségek csökkentésére olyan alternatív megoldásokat kezdtek keresni, melyek a vízmennyiségek csökkentése révén gazdaságosabb beruházási és üzemeltetési feltételeket biztosítanak. Ennek jegyében több figyelmet szentelnek a víznek a keletkezés helyén (vagy annak közelében) történő elhelyezésére, a lefolyás csökkentésére, vagy késleltetésére. A csapadékvíz (mennyiségi) kezelésének szemléletét felváltotta az „amilyen lassan csak lehet” nézet. Az ide sorolható eljárásokat Európában fenntartható csapadékcsatornázásnak nevezik.

Önellenőrző kérdések

A következő kérdések és feladatok segítségével felmérheti, hogy mennyire sikerült elsajátítani a témakör egyes fontos részfejezeteit. A választ elegendő átgondolni. Ha valamelyik pontnál bizonytalanságot érez, javasoljuk a kapcsolódó rész újbóli áttekintését.

  1. Mire jó a beszivárogtatás, és milyen feltételei vannak az alkalmazásának?

  2. Milyen csapadéktárolási lehetőséget ismerünk vízzáró burkolatú felületeken?

  3. Milyen típusú tározómedencéket alkalmazhatunk a csatornarendszerek mentén a közművi szabályozás esetén?