Инновационные решения для модернизации существующей инфраструктуры с возможностями инфильтрации

Проницательные тротуары уменьшают стоки на 50-80% по сравнению с традиционными поверхностями, и они могут фильтровать масла, тяжелые металлы и отложения. Поддержание имеет решающее значение: регулярная вакуумная прочистка предотвращает засорение мелких частиц. В холодном климате пористая структура также может уменьшить образование льда, потому что вода быстро стекает, снижая использование соли. Затраты на проекты модернизации варьируются, но конкурируют с обычным тротуаром при рассмотрении преимуществ жизненного цикла и избегании модернизации инфраструктуры ливневых вод.

Инфильтрационные бассейны и траншеи

В бассейнах инфильтрации выкапывают углубления, выложенные геотекстильной тканью и заполненные гранулированным материалом, таким как измельченный камень или гравий. Эти структуры собирают ливневую воду и позволяют ей просачиваться в подстилающую почву. Траншеи служат аналогичной цели, но являются линейными, что делает их идеальными для модернизации вдоль дорог или в узких правах пути. Обновление существующих парковок, медиан или недостаточно используемых углов участка с бассейном или траншеей требует тщательной оценки скорости инфильтрации почвы - обычно тестируется с помощью полевых испытаний перколяции. Бассейны могут быть измерены для захвата объема качества воды (часто первого дюйма осадков) и предназначены для слива в течение 24-48 часов, чтобы избежать размножения комаров и поддерживать способность к последующим штормам.

Биосмолы и растительные зоны инфильтрации

К зонам инфильтрации растительности также относятся дождевые сады, которые представляют собой более мелкие, депрессивные садовые клумбы, получающие стоки с крыш или подъездных путей. Обновление одного жилого участка может быть достигнуто путем перенаправления нисходящих стоков в дождевой сад. В более крупном масштабе коммерческие площадки могут включать линейные биосвалы по периметру парковок. Успех этих систем зависит от скорости инфильтрации подстилающей почвы и способности поддерживать растительность. В глинистых почвах или районах с низкой проницаемостью система нижнего слоя может передавать очищенную воду в водосток, все еще обеспечивая обработку. И биосвалы, и дождевые сады увеличивают зеленую площадь, улучшают биоразнообразие и предлагают эстетическую ценность, которая может повысить стоимость имущества и принятие сообщества.

Модульные системы инфильтрации

Модульные системы инфильтрации относятся к сборным подземным структурам, изготовленным из пластика, бетона или стали, которые создают большие пустотные пространства для временного хранения и инфильтрации воды. Общие продукты включают в себя системы ящиков, камеры и своды. Эти системы идеально подходят для модернизации под существующими тротуарными поверхностями, где открытые бассейны невозможны, например, под парковками, площадями или спортивными полями. Модульная природа позволяет гибко подходить к нерегулярным формам участка и может быть установлена в поэтапной конструкции с минимальным разрушением поверхности. Например, парковка, которая повторно повернута, может иметь модульную систему инфильтрации, размещенную под новой проницаемой или даже непроницаемой поверхностью (с входными стоками, передающими воду в модули). Отношение пустоты обычно составляет 90-95%, обеспечивая высокую емкость хранения на кубический фут.

Передовые конструкции включают геотекстильные обертки для предотвращения проникновения почвы и могут включать в себя контрольные порты для инспекции и очистки. Некоторые системы обрабатывают воду фильтрующими средами, встроенными в модули. Модернизация с модульными системами часто требует раскопки существующего тротуара только в целевых полосах или заливах, что снижает отходы и стоимость. Они особенно эффективны в городских районах высокой плотности, где земля скудна. Однако для обеспечения того, чтобы система не перегружалась во время экстремальных штормов, требуется тщательное гидравлическое моделирование. Поскольку они ниже класса, эти системы требуют регулярного контроля для проверки того, что инфильтрация происходит по мере разработки и для обнаружения любого засорения или осадка.

Зеленые крыши и вертикальная инфильтрация

Для зданий с плоскими или низкосклонными крышами зеленые крыши дают возможность перехватывать и задерживать осадки до того, как они достигнут земли. Обновление существующей крыши зеленой крышей предполагает добавление водонепроницаемой мембраны, дренажного слоя, растущих сред и засухоустойчивой растительности. При этом в первую очередь ориентированные на эвапотранспирацию и задержание, зеленые крыши также медленно выпускают воду, уменьшая объем стока, поступающего в дренажную систему. В некоторых конструкциях дренажный слой подключается к цистерне или инфильтрационной яме на уровне земли, что позволяет перенаправлять стоки с крыши в инфильтрационные функции. Эта комбинация оказалась эффективной для плотных городских сред, где пространство на уровне земли ограничено.

Вертикальная инфильтрация, хотя и менее распространенная, может применяться на подпорных стенах, фасадах зданий или шумовых барьерах с инженерными почвенными карманами, которые захватывают и проникают в дождь. Эти «живые стены» являются дорогостоящими, но предлагают преимущества ливневой воды в дополнение к теплоизоляции и улучшению качества воздуха. Как зеленые крыши, так и вертикальные системы способствуют смягчению последствий городского жары и обеспечивают среду обитания, что делает их привлекательными для зданий, преследующих сертификацию LEED или другие зеленые строительные стандарты.

Планирование и оценка сайта для ретрофитов

Успешная модернизация начинается с тщательной оценки участка. Скорость инфильтрации почвы является наиболее важным параметром — почвы должны быть в состоянии принимать воду с достаточной скоростью (обычно не менее 0,5 дюйма в час) для функционирования инфильтрационных практик. Если местная почва уплотнена глиной, может потребоваться модификация, такая как глубокая обработка почвы, импортные изменения песка / компоста или использование инженерных почвенных смесей в поднятых плантационных коробках с недосадками. Геотехнические исследования должны включать как минимум одну почву, скучную или тестовую яму на 1000 квадратных футов предполагаемой области инфильтрации. Существующие подземные коммунальные службы должны быть расположены, чтобы избежать конфликтов и обеспечить, чтобы вода не проникала вблизи фундаментов или канализационных линий.

Доступность пространства часто диктует технику. Восстановление парковки может быть идеальным для проницаемого асфальта или модульной системы, в то время как медиана образует естественный коридор биосвалки. Область внесения дренажа (непроницаемая поверхность, которая стекает на модернизацию) должна быть тщательно очерчена. Обычно методы инфильтрации рассчитаны на управление объемом качества воды (WQV), который является продуктом непроницаемой области, кульминационной глубиной осадков (часто 0,5-1,5 дюйма) и коэффициентом маршрутизации. Инженеры используют программное обеспечение, такое как SWMM или HydroCAD, чтобы моделировать сокращение стока. Кроме того, существующий наклон, близость к скале и глубина к грунтовому столу для инфильтрации требуют оценки - большинство методов инфильтрации требуют по крайней мере 2-3 фута отделения от сезонно высокого грунтового стола, чтобы избежать насыпи грунтовых вод и загрязнения.

Проблемы и стратегии смягчения

Модернизация существующей инфраструктуры никогда не бывает такой простой, как строительство новых. Общие проблемы включают:

• Ограниченное пространство — Плотные городские коридоры могут не иметь места для традиционных бассейнов.Решения включают линейные биосвалы, фильтры для древесных ящиков и модульные системы подповерхности, которые помещаются под парковочные полосы или расширенные тротуары.
• Плохие почвенные условия — Компактные городские почвы или высокое содержание глины уменьшают инфильтрацию.Смягчение включает в себя изменение почвы с помощью компоста или песка, использование поднятых плантационных коробок с нижними дренажами или установку глубоких инфильтрационных траншей, которые проникают в более проницаемые слои под уплотненными зонами.
• Существующие коммунальные услуги — Водные, газовые, телекоммуникационные и канализационные линии могут конфликтовать с зонами проникновения. Тщательная маршрутизация, небольшие глубины или перемещение практики в другое место на месте могут разрешаться. В некоторых случаях коммунальные коридоры могут быть спроектированы с проницаемыми поверхностями и интегрированными полосами инфильтрации.
• Структурные воздействия — Добавление воды вблизи фундаментов, подпорных стен или асфальтированных поверхностей может привести к заселению или просачиванию. Инженеры должны обеспечить, чтобы неудачи в практике проникновения соответствовали местным кодам (обычно 10-20 футов от зданий) и чтобы вода была направлена от несущих элементов.
• Обязательство по содержанию — Без регулярного содержания, системы инфильтрации забиваются и выходят из строя. Муниципалитеты должны назначать ответственные стороны и бюджет для периодических проверок, пылесосения проницаемых тротуаров, удаления осадков из бассейнов и пересадки биосвалов.

Американское общество инженеров-строителей (ASCE) публикует руководящие принципы для оценки этих проблем в рамках проектирования ливневых вод для модернизации. Тематические исследования показывают, что проекты, включающие раннее участие заинтересованных сторон и планы по снижению рисков, достигают более высокого долгосрочного успеха.

Соображения в отношении регулирования и соблюдения

Во многих регионах в настоящее время для новых проектов в области разработки и реконструкции требуются правила по ливневой воде. Закон о чистой воде в Соединенных Штатах предписывает максимально контролировать сбросы ливневых вод из муниципальных отдельных систем ливневой канализации (MS4) и строительных площадок. Ремонтная инфильтрация может помочь муниципалитетам удовлетворить требования Национальной системы удаления загрязняющих веществ (NPDES) путем снижения нагрузки на загрязняющие вещества. Многие города приняли стандарты зеленой инфраструктуры, которые явно требуют инфильтрации для всех объектов определенного размера (например, 5000 квадратных футов непроницаемой площади).