VÍZGAZDÁLKODÁS ÉS SZENNYVIZEK
3.1 3.3
A csapadékvíz elvezetése Tárgyszavak: csapadékvíz; elvezetés; műszaki megoldások; teknők; csövek; árkok; elszivárgás.
Víz nélkül nincs élet a Földön. Világméretekben egyre fogy a rendelkezésre álló vízmennyiség, ezért fontos a vízkészleteink védelme. A világ 1360 M km3 vízkészletének 97,3%-a az óceánok sós vize, a fennmaradó 2,7% (37 M km3) édes víz. Utóbbi 77,2%-a jég és hó, 22,4%-a talajvíz formájában, 0,35%-a tavakban és mocsarakban, 0,01% a folyókban, 0,04% a légkörben található. A vízkészleteknek tehát csak kevesebb, mint 0,5%-a hasznosítható. A számok egyértelműek: takarékoskodni kell a vízzel. Vízkészleteink pótlását szolgálja a csapadékvíz beszivárgása a talajba. A települések vízelvezetésének kialakítása Már az emberi települések szerveződése óta foglalkoznak a tervezők a víz elvezetésével. Időszámításunk előtt 3000 évvel Babilonban már több méter mély aknák biztosították a paloták szennyvízelvezetését, de közismertek a római kori vízvezeték- és vízelvezető rendszerek is. A 19. század közepére egyre fontosabbá váltak a higiéniai szempontok. A járványok jelentősen csökkentették az európai nagyvárosok lélekszámát, ezért kialakították az első vegyes vizes csatornarendszereket. A növekvő életszínvonal és a vízhálózatok kiépítése ugyanakkor hozzájárult a szennyvíz mennyiségének a növekedéséhez. A 20. század 60-as éveiben a lakótelkeken még általánosak voltak a derítőgödrök. Kis kapacitásuk miatt arra törekedtek, hogy a lehető legkevesebb felszíni víz kerüljön a gödrökbe. Az utcákon az útpadkát használták a felszíni vizek elvezetésére. Az 1960-as években megindult motorizáció és az építkezések miatt új megoldásokat kellett kifejleszteni az alig szennyezett felszíni víz és az erősen szennyezett ipari és háztartási szennyvíz egy csatornarendszerben történő elvezetésére.
A felszín lezárása A mind nagyobb mennyiségben keletkező szennyvíz oka a szabad felületek lezárásának növekedése: a növekvő területhasználat és ezzel összefüggésben az utcákon, a településeken és az üzemekben a felületek lezárása megbontotta a természetes vízháztartás egyensúlyát, és gátolja a csapadékvíz-elszivárgást. Ezáltal csökken a talajvízképződés és nő az árvíz veszélye. Az ok kézenfekvő: a keletkező csapadékvíz a le nem zárt felületeken közvetlenül a földbe szivárog és talajvizet képez, a lezárt felületen viszont lefolyik és nem képződik belőle talajvíz. A lezárt felületek és a gyors csapadékelvezetés következtében a településeken csökken a talajvíz mennyisége, a vízkészletek elszennyeződnek, a csapadék befolyik a felszíni vizekbe, csökkentve a talajvízhez való hozzáfolyást, illetve növelve az árvíz és a nyári száraz időszakban az egyensúly megbomlásának a veszélyét. Az utóbbi időben gyakori árvizekért a lezárt területek növekedése a felelős. Az útfelületek lezárása akkor növeli a lefolyást, ha a lezárt felületek és a befogadók között csatorna keletkezik, amely a megnövekedett lefolyást a vízrendszerekbe vezeti. A csatornahálózat ennek a figyelembevételével méretezhető. Az árvíz okozta problémák szintén megoldhatók elvezető rendszerek kiépítésével. A települések vízgazdálkodását korábban úgy tervezték, hogy a csapadékvíz a lehető leggyorsabban távozzon a csatornarendszeren. Ez az elvezetés ökológiai hátrányokkal jár (a talajvízképződés csökkenése, az árvízveszély növekedése, a vízkészletek elszennyeződése). Szükséges ezért a helyi feltételekhez és a megvalósítandó célokhoz illeszkedő, alternatív elvezetési koncepciók és az alábbi intézkedések együttes alkalmazási lehetőségének a vizsgálata: − a lezárt felületek minimalizálása (ez a leghatékonyabb módszer a vízháztartást érő káros hatások csökkentésére, de megvalósítása nem mindig lehetséges, ezért az esővíz-elvezetés alternatív lehetőségeit is vizsgálni kell) − a szennyezett esővíz elszivárgása a talajba − az esővíz összegyűjtése és hasznosítása − késleltetett elvezetés − decentralizált kezelés. Az alternatív vízelvezetés feltételei A geológiai tényezők vizsgálata • A talaj vizsgálata Geológiai viszonyok. A földkéreg szerkezete, a sziklás talajréteg, a laza kőzetek). Miután a ökológiai szempontból kedvező esővíz-gazdálkodás csak a
felszín közeli kőzetrétegeket érinti, elegendő az első átmenő talajvízréteg vizsgálata. Talajfajta. A vízáteresztő képességet befolyásoló homok, agyag, iszap részarányának meghatározása, a rendelkezésre álló geológiai talaj- és ásványtérképek tanulmányozása, helyszíni vizsgálatok 1–2 m mélységben. Áteresztőképesség. Összetétel, az elszivárgást befolyásoló fizikai tulajdonságok vizsgálata, telítődés vízzel (kf érték), helyszíni vizsgálatok. A pontosabb adatállomány létrehozása érdekében ajánlatos több vizsgálóeljárás együttes alkalmazása. Talajtípus. A talaj vízviszonyainak és a visszafolyásoknak a tanulmányozása talajtérképek és helyszíni vizsgálatok alapján. Talaj- és rétegvizek. Ha a talajvízszint magas, mesterséges elvezetésekkel csökkenteni kell a vízszintet. Alacsony talajvízszint esetén az elvezetéseket közvetlenül a felszín alatt kell elhelyezni. 1 méter alatt számolni kell a csökkentett elvezetésű felület visszatartó hatásával. Ebben az esetben elvezető berendezés telepítése célszerű. • A felszín vizsgálata Folyóvizek. Ha a talaj a csapadék elvezetését nem teszi lehetővé, a folyóvizek befogadókként hasznosíthatók. Állóvizek. A csapadék állóvizekbe – tengerek, tavak, vízgyűjtő területek – is elvezethető. Az állóvizekbe vezetett vízmennyiség nem befolyásolhatja kedvezőtlenül a vízháztartást, tehát a víz levezetésének folyó- vagy a talajvízen át kell történnie, hogy az elvezetés csökkentse a vízszint növekedését. A vízbevezetés nem szennyezheti a vízkészleteket, ezért szennyeződést visszatartó hatású berendezés telepítése szükséges. A terep topográfiai adottságai. A felszíni vizek száma és típusa. Ha az érintett terület környékén folyóvíz található és van vízelvezető vonal, célszerű a folyóvízbe elvezetésekkel rendelkező vízlevezető berendezés telepítése. Ha nincs folyóvíz vagy a terep szabálytalan, a számos mély- és magaspont egyszerű vízelvezetés kialakítását teszi lehetővé, ezért decentralizált vízelvezetési rendszer alkalmazható. A topográfiai viszonyok térképek és helyszíni mérések alapján határozhatók meg. Biotop alapok „Zöld tervek” kidolgozása az élőlénytípusok, növények és állatcsoportok telepítésére. A települések hatása Vízelvezető rendszerek. A meglévő csatornák, gödrök felülvizsgálata az új rendszerekhez történő illeszthetőségük szempontjából. A már meglévő rendszer felhasználása vagy a túlterhelt rendszerek tehermentesítése.
A felület hasznosítása. Az elszennyeződés mértékének és a tisztítás lehetőségének vizsgálata. A csapadék elvezetése a talajba hidraulikai szempontból kritikus, mert az ilyen típusú elvezetés mindig szennyeződéssel jár, ami kevésbé kritikus, mint a kevert víz vagy a szennyvíz által a hiányzó vagy rosszul működő tisztítóberendezések esetén okozott szennyeződés. A rendelkezésre álló szabad felületek nagysága. Ha a beépítéshez megfelelő szabad felület áll rendelkezésre, meghatározhatók az elvezetés alapelvei. Ennek során figyelembe kell venni: − Az utca szélességét. Az esővíz-elvezető rendszerek (teknők, árkok, gödrök) kiépítéséhez egy minimális utcaszélesség szükséges: településeken levő utak esetén 5 méter, gyűjtő és összekötő utak esetén szélesebb útterület szükséges. − A fák elhelyezkedését. A gyökérzet működését befolyásolja az utca kialakítása. Az elvezető teknőket és árkokat a fa sugarán kívül, a fától távol kell elhelyezni. − A telkek felosztását. A telkeken a lezárt terület nagyságát a lehető legkisebb értéken kell tartani, hogy a csapadékvizet elvezető rendszer is a lehető legkisebb legyen. Vizsgálni kell még a szabad felületek elhelyezkedését és hasznosítását, a megfelelő vízelvezetési koncepció kialakítása érdekében. Újonnan beépítésre kerülő területek Alapvetően csak a geológiai és a biológiai tényezőket kell figyelembe venni. A tervezési és az infrastrukturális feltételeket illeszteni kell a ökológiai szempontból kedvező esővíz-elvezetéshez. Az ökológiai szempontból optimális megoldásokat már a hasznosítási terv kidolgozásának a fázisában meg kell határozni. A csapadékvíz-elvezetés lehetőségei A ökológiai szempontból kedvező esővíz-elvezető rendszer elemeit és egymással való kapcsolatukat az 1. ábra foglalja össze. Elszivárgás • A felszíni elszivárgás A csapadékot nyitottan, duzzasztás nélkül vagy közvetlenül az átfolyó, megerősített felszínen (beton, kövezet) vagy át nem folyó felületeken (iskolaudvar, sportlétesítmények) vezetik el. A felületi elszivárgás alkalmazható járdaszigetek mellett, parkokban, vidéki utakon, kempingekben, sportlétesítményekben.
A felszíni elszivárgás az esővíz-elvezetés legegyszerűbb módja, mert a csapadék a felületről közvetlenül a talajba kerül. Elvezető anyagként kavicsréteg, aszfalt, beton és kövezet alkalmazható. Előnyei: jó tisztítóhatás, a víznek nem kell jó minőségűnek lennie, jó karbantartási lehetőség, csekély műszaki ráfordítás. Hátrányai: kis tárolási kapacitás, nagy felületigény. elszivárgás
tárolás
elvezetés
teknő–elvezető árok elemek teknő–elvezető árok rendszer szigetelt elvezető árok elszivárgó medencék visszatartó terek, medencék
kevés
elszivárgó teknők
szabad felület rendelkezésre áll
sok
áteresztő, megerősített és meg nem erősített felületek
1. ábra Különböző építési és rendszer elemek alkalmazása • Teknős elvezetés A felszíni elvezetés egy változata, amely során átmeneti tárolás valósítható meg. Nem hasznosított zöld területeken, gyalogjárókon, kerékpárutakon, illetve alárendelt utakon és tereken alkalmazható. Az elve egy élő talajrétegen át történő felszíni elvezetés, amely során jó biológiai tisztítás valósul meg. A finom szemcsés rétegek a víz beszűrődése során oldhatatlan anyagokat tartanak vissza. Az eljárás a lakóterületek kialakítása során, illetve akkor alkalmazható, amikor helyhiány miatt nem valósítható meg a felszíni elvezetés. Előnyei: jó visszatartó hatás, az esővíz tisztasága nem előírás, jó karbantartási lehetőség, csekély műszaki ráfordítás, jól alkalmazható a zöld területeken, növények telepítése lehetséges. Hátrányai: a lakóterület hulladékkal töltődik fel, a felületi igény a kapcsolt felület 10-20%-a.
• Elvezető árokban, illetve elvezető csövekben történő elvezetés A csapadékot a föld felett, kaviccsal töltött árokban vagy föld alatti kavicságyban elhelyezett perforált csőben vezetik el és tárolják. A víz a helyi kőzet áteresztőképességétől függően, késleltetve kerül a talajba. Lehetséges a két eljárás együttes alkalmazása is. A rendszereket a tároló teknők alján vagy azok vonalában helyezik el, ahol az elvezetés és további tárolás valósítható meg. Az elvezető árokban történő elvezetés jól áteresztő, aktív, mesterséges kavicsrétegen át megy végbe. A finom eloszlású réteg további szűrőhatást biztosít. Előnyei: kis felületigény, jó visszatartó hatás, a felszín használata nem korlátozott. Hátrányai: csekély karbantartási lehetőség, kis tisztítási teljesítmény, a víznek lebegő szennyeződésektől mentesnek kell lennie. A csőben történő elvezetés a talajba fektetett, nagy átmérőjű, perforált csövekkel történik. A cső és a kavicságy visszatartó térként is szolgál. Előnyei: kis felületigény, jó visszatartó hatás, a betáplálás gyors elosztása, könnyű telepíthetőség. Hátrányai: karbantartás és ellenőrzés nem lehetséges, nincs tisztítóhatása, a víz lebegő szennyeződést nem tartalmazhat. • Aknában történő elvezetés A csapadékot átfolyó aknában tárolják és mesterséges szűrőrétegeken át késleltetve elvezetik a talajba. Az akna elvezetési kapacitása kisebb lehet, mint az elvezetendő csapadék mennyisége. Az eljárás elsősorban családi házaknál alkalmazható. Előnyei: kis felületigény, a terület hasznosítása nem korlátozott, felszínhez közeli, át nem eresztő aknáknál is alkalmazható, jó ellenőrizhetőség. Hátrányai: nincs tisztítóhatás, korlátozott karbantartási lehetőség, az elvezetésre kerülő víz nem tartalmazhat lebegő szennyeződést, eltömődéskor drága a tisztítás. Kombinált elvezető rendszerek • A retenciós (visszatartó) teres elvezetés A felületen a csapadékvizet tisztító-, tároló- és elvezető elemeket helyeznek el. Jellemző a talaj felől szigetelt tárolótó kialakítása. Ha a víztükör eléri a maximális értéket, a víz egy teknőben elfolyik. Az előkapcsolt tisztítóárkot erősen szennyezett csapadéknál alkalmazzák. A vízi növények a nehézfémeket megkötve tisztítják a vizet. Előnyei: kis felületigény, jó visszatartási tulajdonságok, biotopként kialakítható, jó karbantartási lehetőség. Hátránya: gyakori karbantartási igény.
• A teknőben és az elvezető árokban/csőben történő elvezetés Együttesen alkalmazható előzetes tisztítás, nagy beszűrődési sebesség, elvezető hálózatok kiépítése, hosszú tárolás és a rosszul átvezető talajok esetében késleltetett elvezetés során. Az eljárás elve: visszatartás a teknőben és késleltetett elvezetés árkokon át. Az eljárás kevéssé átvezető talajban alkalmazható. Előnyei: kis felületigény, jó elvezetési tulajdonságok, jó tisztítási hatásfok, a vízben oldhatatlan anyagok visszatartása. Hátránya: az árkok nem karbantarthatók. • Az aknában és az elvezető árokban/csövekben történő elvezetés Együttes alkalmazása során 2 vagy több elszivárgó aknát csövekkel kapcsolnak össze. A víz előzetes tisztítása nem lehetséges, mert az elszivárgás közvetlenül a talajvizet tartalmazó rétegbe történik. A rendszer áteresztő talaj esetén, illetve olyan építési területeken alkalmazható, ahol nincs elegendő felület nyitott elvezető rendszer kiépítésére. Előnyei: nagy elszivárgási teljesítmény, kis felületigény, a rendszer bővítése lehetséges, felszín közeli, át nem folyó aknáknál is alkalmazható, a pontszerű betáplálások gyors elosztása. Hátrányai: nincs tisztítóhatás, a víznek jó minőségűnek kell lennie, a karbantartás lehetősége korlátozott. Vízvisszatartó rendszerek Ahol a csapadékvíz elvezetése vagy hasznosítása nem lehetséges, a vízvisszatartást biztosító rendszerek kiépítésére kerülhet sor. Az alkalmazás lehetőségei: időszakosan nagy vízmennyiségeknél; elvezetés előtt, tervezett tárolás során; sűrűn beépített területen vízvisszatartás céljából; szennyezett víz előzetes tisztítására; az esővíz minőségének az ellenőrzésére. A szűrőréteg egy, a talaj felől szigetelt és csövezett teknőrendszer. A víz egy talajrétegen folyik át, egy ellenőrző aknába kerül, ahonnan a tervezett elvezetés megvalósul. A talajréteg jó tisztító hatást nyújt. A visszatartó szűrőmedencék a szűrőteknőktől mélységükben és a vonatkozó műszaki követelmények előírásaiban különböznek. A szűrőmedencéket erősen szennyezett (pl. autópályákon felgyülemlő) víz esetén alkalmazzák. Az élő talajrétegen történő átfolyás során a víz megtisztul. A tetőszerű kialakítás nemcsak vízgazdálkodási, hanem építészeti szempontból is előnyös. A csapadékvizet elsősorban a vízszegény területeken hasznosítják Mérsékelt éghajlati viszonyok között az esővíz hasznosítására nincs szükség, mert elegendő víz áll rendelkezésre. Ennek ellenére Németországban egyre nagyobb jelentőségűvé válik a vízgazdálkodás: az ivóvízzel való takarékosság érdekében az elmúlt években megkezdték az esővíz hasznosítását.
A szakemberek minőségi és higiéniai szempontok miatt régóta vitatják az esővíz hasznosíthatóságát. Az ellenzők a járványveszély növekedésével érvelnek, mert a tetőről lefolyó, újrafelhasználásra kerülő víz biológiailag szennyezett lehet. A támogatók az EU vízhasznosítási irányelveire hivatkoznak, amely szerint a tetőről lefolyó víznek meg kell felelnie az ivóvízre vonat-
hasznosítás
elágazás a gyűjtőhöz
tároló részelvezetés csatorna
a tároló túlfolyása
2. ábra Elágaztatott elvezető rendszer
hasznosítás
szűrő
tároló túlfolyás a szűrőről csatorna
a tároló túlfolyása
3. ábra A tároló előtt túlfolyót tartalmazó rendszer
kozó előírásoknak. Az esővizet néhány szövetségi államban mosdók és WC-k öblítésére használják, ez azonban bizonyos területeken (kórházak, idősek otthona) nem alkalmazható. Korlátozott alkalmazás lehetséges ipari vízként, zöld területek öntözésére, WC öblítésére és a háztartásokban mosásra. A felhasználás lehetőségeit az 2–7. ábrák mutatják.
hasznosítás
szűrő
tároló
csatorna
a tároló túlfolyása
4. ábra Túlfolyót csak a tárolónál tartalmazó rendszer
hasznosítás
szűrő
puffertároló hasznos tárolótér fojtott tároló túlfolyás csatorna
5. ábra Puffertárolóval és fojtással ellátott rendszer
hasznosítás
szűrő
szivárgás túlfolyással tároló csatorna
6. ábra Vésztúlfolyóval felszerelt elszivárgó rendszer
hasznosítás
szűrő
szivárgás túlfolyás nélkül tároló
7. ábra Teljes elszivárgást biztosító rendszer elvezetés nélkül
Talaj- és vízvédelem A tetőről és a teraszos felületekről lefolyó, veszélyes szennyeződést nem tartalmazó csapadékvíz háztartási és ipari célokra alkalmazható. A megerősített felületekről lefolyó víz a veszélyesanyag-tartalom és a talajvizet veszé
lyeztető hatása szerint három csoportba sorolható. A 1. táblázat a csapadékvíz eredetének és a minőségi kategóriáknak az összerendelését mutatja. Ökológiai szempontból kedvező csapadékvíz-elvezetés csak az A és a B kategóriákban lehetséges, ahol figyelembe vették a talaj veszélyesanyagtartalmát. 1. táblázat A csapadék eredetének és a minőségi kategóriáknak az összerendelése Kategória
Terhelés
Eredet
A (nem szenynyezett)
nem terhelt →
lakóterületek tetői, kerékpárút, kis forgalmú gyalogjárók, városi utak, korlátozott hasznosítású területek pl. házudvarok (a gépjárművek mosásának tilalma)
B (elfogadható mértékben szennyezett)
gyengén terhelt → lakóterületek utcái parkokkal és terekkel, kis gépjárműforgalom esetén szabad területek, ahol sok ember fordul meg (bevásárlóutcák, piacok, szabadtéri létesítmények) ipari területek tető, udvar és közlekedési felületei, ahol a szennyeződés mértéke azonos a lakóterületekével repülőterek kifutópályái (téli üzemvitel nélkül, azaz nincs jégmentesítés)
C (elfogadhatatlanul terhelt, erősen szenynyezett)
terhelt →
nagyforgalmú főútvonalak, forgalmas nagy parkolók, vágányok repülőterek kifutópályái (jégmentesítéssel), repülőgépek mosása tároló, töltő és átrakó területek, ahol a vízre veszélyes anyagok (pl. trágyalé) vannak jelen tető, udvar és közlekedési felületek ipari területeken állattartó telepek, istállók, lovardák, vágóhidak, prémes állatok farmja hulladékkezelő berendezések (lerakóhelyek, átrakóhelyek, köztes tárolók, komposztáló berendezések)
Az elszivárgó víz szennyeződése a csapadék és az elfolyás helyének a szennyeződéséből származik. Mielőtt a csapadék eléri a Föld felületét, az atmoszférából finom részecskéket és aeroszolokat vesz fel. A veszélyes anyagok (nehézfémek, szerves vegyületek) koncentrációját az urbanizáció jelentősen befolyásolja.
A beszűrődő esővízzel különböző összetételű, oldott vagy szuszpendált részecskék kerülnek a talajvízbe és onnan továbbszállításra, amelyek között vannak a talajvíz minőségét veszélyeztető anyagok is (nitrogéntartalmú vegyületek, szerves anyagok, nehézfémek). A talaj- és vízvédelem megvalósításához a tervezőknek az elvezető rendszerek töltőanyagának az optimális kialakítása érdekében ismerniük kell a helyi geológiai viszonyokat (pl. a karbonátban gazdag talajok az elvezető réteg első 30 cm-én károsanyag-visszatartó hatásúak). Erősen szennyezett csapadékvíz esetén élő talajzóna kialakítása szükséges. (Regősné Knoska Judit) Gehm, T., Usemann, K.: Die Ableitung von Niederschlagswasser. = Gesundheits Ingenieur– Haustechnik–Bauphysik–Umwelttechnik, 122. k. 3. sz. 2001. jún. p. 131–142. Verkehrsflächen entwässern?: Strassenablauf halt Schadstoffe zurück. = Wasser Luft und Boden, 2002. 3. sz. p. 17–19. Binnewies, w.; Nagel, W.: Das Bürogebäude Berliner Bogen in Hamburg mit integriertem Mischwasserrückhaltebecken. = Bautechnik, 79. k. 1. sz. 2002. p. 1–19. Entwässerung von Bahnanlagen. Effiziente Ableitung von anfallendem Oberflächenwasser. = Eisenbahningenieur, 53. k. 4. sz. 2002. p. 26–29.
