Dagvatten - Stormwater

Urban avrinning går in i ett stormavlopp

Dagvatten , även stavat dagvatten , är vatten som härstammar från regn, inklusive snö och issmältning . Dagvatten kan suga in i jorden (infiltrera), lagras på markytan i dammar och dammar, avdunsta eller bidra till ytavrinning . Det mesta avrinningen transporteras direkt till närliggande bäckar, floder eller andra vattendrag ( ytvatten ) utan behandling.

I naturliga landskap, som skogar, absorberar jorden mycket av dagvattnet. Växter minskar också dagvattnet genom att förbättra infiltrationen, fånga upp nederbörd när det faller och genom att ta upp vatten genom sina rötter. I utvecklade miljöer, till exempel städer , kan ohanterat dagvatten skapa två stora problem: en relaterad till volym och tidpunkt för avrinning ( översvämning ) och den andra relaterad till potentiella föroreningar som vattnet transporterar ( vattenföroreningar ). Förutom de föroreningar som transporteras vid avrinning från dagvatten, erkänns stadsavrinning som en orsak till förorening i sig

Dagvatten är också en viktig resurs då mänsklig befolkning och efterfrågan på vatten växer, särskilt i torra och torka-benägna klimat. Dagvattenskördsteknik och rening kan eventuellt göra vissa stadsmiljöer självbärande när det gäller vatten.

Dagvattenföroreningar

Mer information: Urban avrinning
Förhållande mellan ogenomträngliga ytor och ytavrinning
Dagvatten som bär gata bundna föroreningar till ett stormavlopp för kustnära utsläpp.

Med mindre växtlighet och mer ogenomträngliga ytor ( parkeringsplatser , vägar , byggnader , komprimerad mark ) tillåter utvecklade områden att mindre regn infiltreras i marken och mer avrinning genereras än i det outvecklade tillståndet. Dessutom transporterar transporter som diken och stormavlopp snabbt avrinning från kommersiella och bostadsområden till närliggande vattenmassor. Detta ökar kraftigt vattenmängden i vattenvägar och utsläpp av dessa vattenvägar, vilket leder till erosion och översvämningar. Eftersom vattnet spolas ur vattendelen under stormhändelsen, infiltrerar lite marken, fyller på grundvattnet eller levererar strömflöde i torrt väder.

En första spolning är den första avrinningen av en regnskur. Under denna fas är förorenat vatten som kommer in i stormavlopp i områden med höga andelar av ogenomträngliga ytor vanligtvis mer koncentrerat jämfört med resten av stormen. Följaktligen resulterar dessa höga halter av avrinning i urbana i höga halter av föroreningar som släpps ut från stormavlopp till ytvatten .

Dagliga mänskliga aktiviteter resulterar i avsättning av föroreningar på vägar , gräsmattor , tak , jordbruksfält och andra markytor. Sådana föroreningar inkluderar skräp, sediment, näringsämnen, bakterier, bekämpningsmedel, metaller och biprodukter från petroleum. När det regnar eller om det finns bevattning , vatten rinner av och i slutändan gör sin väg till en flod , sjö eller hav . Även om det finns en viss dämpning av dessa föroreningar innan de kommer in i mottagande vatten, resulterar förorenad avrinning i tillräckligt stora mängder föroreningar för att försämra mottagande vatten.

Dagvattenavrinning som föroreningskälla

Urban avrinning utmatas till kust vatten

Förutom de föroreningar som transporteras i avrinningen från dagvatten , erkänns stadsavrinning som en orsak till förorening i sig. I naturliga avrinningsområden ( vattendrag ) är ytavrinning som kommer in i vattenvägar en relativt sällsynt händelse, som bara inträffar några gånger varje år och i allmänhet efter större stormhändelser. Innan utvecklingen skedde mest nederbörd dränktes i marken och bidrog till grundvattensladdning eller återvanns till atmosfären av vegetation genom evapotranspiration .

Moderna dräneringssystem, som samlar avrinning från ogenomträngliga ytor (t.ex. tak och vägar), säkerställer att vatten effektivt transporteras till vattenvägar genom rörnät, vilket innebär att även små stormhändelser resulterar i ökade vattenvägsflöden.

Förutom att leverera högre föroreningar från urbana avrinningsområden kan ökat dagvattenflöde leda till erosion av strömmar , uppmuntra invasion av ogräs och förändra naturliga flödesregimer. Inhemska arter förlitar sig ofta på sådana flödesregimer för lek, ungdomsutveckling och migration. Dagvattenavrinning från vägar har observerats innehålla många metaller inklusive zink (Zn), kadmium (Cd), koppar (Cu), nickel (Ni), bly (Pb), krom (Cr), mangan (Mn), järn (Fe) ), vanadium (V), kobolt (Co) och aluminium (Al) (Sansalone och Buchberger, 1997; Westerlund och Viklander, 2006) och andra beståndsdelar

I vissa områden, särskilt längs USA: s kust, kan förorenad avrinning från vägar och motorvägar vara den största källan till vattenföroreningar . Till exempel bärs cirka 75 procent av de giftiga kemikalierna till Seattle , Washingtons Puget Sound av dagvatten som rinner av asfalterade vägar och uppfartar, hustak, gårdar och annat utvecklat land.

Urban översvämningar

Retentionsbassäng för hantering av dagvatten

Dagvatten är en viktig orsak till översvämningar i städerna . Urban översvämningar är översvämning av mark eller egendom i en bebyggd miljö som orsakas av dagvatten som överväldigar kapaciteten hos dräneringssystem , till exempel avlopp . Även om det utlöses av enstaka händelser som översvämningar eller snösmältning , är översvämningar i städerna ett tillstånd som kännetecknas av dess repetitiva, kostsamma och systemiska effekter på samhällen. I områden som är känsliga för översvämningar i städerna kan bakvattenventiler och annan infrastruktur installeras för att minska förluster.

Där fastigheter är byggda med källare är översvämningar i städerna den främsta orsaken till säkerhetskopiering av källare och avlopp. Även om antalet skadade från översvämningar i stad vanligtvis är begränsat, kan de ekonomiska, sociala och miljömässiga konsekvenserna vara betydande: förutom direkta skador på egendom och infrastruktur ( motorvägar , verktyg och tjänster) är kroniskt våta hus kopplade till en ökning av andningsvägarna problem och andra sjukdomar. Avloppssäkerhetskopior är ofta från sanitetsavloppssystemet, som tar på sig en del dagvatten till följd av infiltration/flöde .

Volontärer som rensar rännor i Ilorin, Nigeria under en frivillig sanitetsdag. Även om det finns tillräcklig infrastruktur för sanitet kan plastföroreningar störa avrinningen från dagvatten och skapa utrymme för myggor att häckas i vatten och orsaka översvämningar. Vissa avloppssystem i Global South är ofta överväldigade av avfallet, till exempel i Bangkok, Thailand.

Urban översvämningar har betydande ekonomiska konsekvenser. I USA uppskattar branschexperter att våta källare kan sänka fastighetsvärdena med 10 till 25 procent och nämns bland de främsta orsakerna till att man inte köper ett hem. Enligt Federal Emergency Management Agency öppnar nästan 40 procent av småföretagen aldrig dörrarna igen efter en översvämningskatastrof. I Storbritannien beräknas översvämningar i städerna kosta 270 miljoner pund per år (från 2007) i England och Wales ; 80 000 bostäder är i fara.

En studie av Cook County, Illinois , identifierade 177 000 skador på egendomsskador som gjordes på 96 procent av länets postnummer under en femårsperiod från 2007 till 2011. Det motsvarar var sjätte fastighet i länet som gör anspråk. Genomsnittliga utbetalningar per anspråk var 3 733 dollar för alla typer av fordringar, med totala fordringar på 660 miljoner dollar under de fem granskade åren.

Ett exempel på ett urbana översvämningskontrollprojekt är Brays Bayou Greenway Framework i Houston, Texas . Brays Bayou och dess bifloder dränerar en vattendelare på cirka 88 000 tunnland söder om centrala Houston. Det federalt finansierade förbättringsprojektet skapade en kortsiktig lösning genom att förbättra bayouens dräneringskapacitet och identifierade en bred uppsättning potentiella rekreations- och öppna utrymme längs Bayou och bifloder 35 miles.

Dagvatten skapandet av sinkhål kollapsar

Ett exempel på urbana dagvatten som skapar en sjunkhålskollaps är Dishman Lane -kollapsen den 25 februari 2002 i Bowling Green, Kentucky där ett sinkhål plötsligt tappade vägen under fyra färdbilar. Den nio månader långa reparationen av Dishman Lane-kollapsen kostade en miljon dollar men det finns fortfarande potential för framtida problem.

I ostörda områden med naturlig dränering under mark ( karst ) kväver mark- och bergfragment karstöppningar och är därmed en självbegränsning för tillväxten av öppningar. Det ostörda karstdräneringssystemet blir balanserat med klimatet så att det kan tömma vattnet som produceras av de flesta stormar. Problem uppstår dock när landskapet förändras av stadsutveckling. I tätorter med naturlig dränering ( karst ) finns det inga ytströmmar för ökat dagvatten från ogenomträngliga ytor som tak, parkeringsplatser och gator att rinna ut i. Istället kommer dagvattnet in i dräneringssystemet under ytan genom att röra sig ner genom marken. När vattenflödet under ytan blir tillräckligt stort för att transportera jord och stenfragment växer karstöppningarna snabbt. Där karstöppningar är täckta av stödjande ( kompetent ) kalksten, finns det ofta ingen ytvarning om att en öppning har blivit så stor att den plötsligt kommer att kollapsa katastrofalt. Därför måste markanvändningsplanering för ny utveckling undvika karstområden. I slutändan betalar skattebetalarna kostnaderna för dåliga markanvändningsbeslut.

Dagvattenhantering

Dagvattenfiltreringssystem för stadsavrinning

Hantering av kvantitet och kvalitet av dagvatten kallas "Dagvattenhantering". Termen Best Management Practice (BMP) eller dagvattenkontrollåtgärd (SCM) används ofta för att hänvisa till både strukturella eller konstruerade styranordningar och system (t.ex. retentionsdammar ) för att behandla eller lagra förorenat dagvatten, såväl som drifts- eller procedurmetoder (t.ex. sopa gatan). Dagvattenhantering omfattar både tekniska och institutionella aspekter.

Tekniska aspekter

  • kontroll av översvämningar och erosion;
  • kontroll av farliga material för att förhindra utsläpp av föroreningar i miljön (källkontroll);
  • planering och konstruktion av dagvattensystem som uppsamlingsbassänger , nedgrävda valv med olika typer av mediefilter och virvelavskiljare för att avlägsna grova fasta ämnen innan de förorenar ytvatten eller grundvattenresurser;
  • förvärv och skydd av naturliga vattenvägar eller rehabilitering;
  • bygga naturbaserade lösningar som dammar, vallar , konstruerade våtmarker eller gröna infrastrukturlösningar för att arbeta med befintliga eller "hårda" dräneringsstrukturer, såsom rör och betongkanaler (konstruerade våtmarker byggda för dagvattenrening kan också fungera som livsmiljö för växter, amfibier och fisk)

Institutionella och politiska aspekter

  • utveckling av finansieringsmetoder för dagvattenprogram som eventuellt inkluderar användaravgifter för dagvatten och skapandet av ett dagvattenverktyg;
  • utveckling av långsiktiga kapitalförvaltningsprogram för att reparera och ersätta åldrande infrastruktur;
  • översyn av nuvarande dagvattenregler för att hantera omfattande dagvattenbehov;
  • förbättring och tillämpning av befintliga förordningar för att se till att fastighetsägare överväger effekterna av dagvatten före, under och efter utvecklingen av deras mark;
  • utbildning av ett samhälle om hur dess handlingar påverkar vattenkvaliteten och om vad det kan göra för att förbättra vattenkvaliteten.

Integrerad vattenhantering

Regnträdgård utformad för att behandla dagvatten från angränsande parkeringsplats

Integrerad vattenhantering (IWM) av dagvatten har potential att ta itu med många av de frågor som påverkar hälsan hos vattenvägar och utmaningar för vattenförsörjning som den moderna stadsstaden står inför. IWM associeras ofta med grön infrastruktur när det beaktas i designprocessen. Professionella inom sina respektive områden, såsom stadsplanerare , arkitekter , landskapsarkitekter , inredningsarkitekter och ingenjörer , anser ofta integrerad vattenhantering som en grund för designprocessen.

IWM, även känt som low impact development (LID) i USA , eller Water Sensitive Urban Design (WSUD) i Australien , har potential att förbättra avrinningskvaliteten, minska risken och effekterna av översvämningar och leverera en extra vattenresurs för att öka dricksvattnet tillförsel.

Utvecklingen av den moderna staden resulterar ofta i ökade krav på vattenförsörjning på grund av befolkningstillväxt, samtidigt som en förändrad avrinning som förutspås av klimatförändringar har potential att öka volymen av dagvatten som kan bidra till dränering och översvämningsproblem. IWM erbjuder flera tekniker, inklusive dagvattenskörd (för att minska mängden vatten som kan orsaka översvämningar), infiltration (för att återställa den naturliga laddningen av grundvatten), biofiltrering eller bioretention (t.ex. regnträdgårdar ), för att lagra och behandla avrinning och släppa ut det med en kontrollerad hastighet för att minska påverkan på bäckar och våtmarksbehandlingar (för att lagra och kontrollera avrinningshastigheter och tillhandahålla livsmiljöer i tätorter).

Det finns många sätt att uppnå LID. Det mest populära är att införliva landbaserade lösningar för att minska avrinningen av dagvatten genom användning av kvarhållningsdammar, biosvalar , infiltrationsgravar, hållbara trottoarer (t.ex. genomsläpplig beläggning ) och andra som nämns ovan. LID kan också uppnås genom att använda konstruerade, tillverkade produkter för att uppnå liknande eller potentiellt bättre resultat som landbaserade system (underjordiska lagringstankar, dagvattenreningssystem, biofilter , etc.). Den rätta LID-lösningen är en som balanserar önskade resultat (kontroll av avrinning och föroreningar) med tillhörande kostnader (förlust av användbar mark för landbaserade system kontra kapitalkostnad för tillverkad lösning). Gröna (vegeterade) tak är också en annan billig lösning.

IWM som en rörelse kan betraktas som i sin linda och sammanför delar av dräneringsvetenskap, ekologi och en insikt om att traditionella dräneringslösningar överför problem längre nedströms till skada för miljön och vattenresurser.

Föreskrifter

Förenta staterna

Huvudartikel: USA: s reglering av vattenföroreningar med punktkällor

Federala krav

Karta över kommunala separata stormavloppssystem

I USA har Environmental Protection Agency (EPA) ansvar för att reglera dagvatten enligt Clean Water Act (CWA). Målet med CWA är att återställa alla "USA: s vatten" till sina "fiskbara" och "simmbara" förhållanden. Utsläpp av punktkällor, som huvudsakligen härrör från kommunalt avloppsvatten ( avlopp ) och industriellt avloppsvatten, har reglerats sedan CWA antogs 1972. Föroreningar från dessa källor kontrolleras tätt genom utfärdande av National Pollution Discharge Elimination System ( NPDES ) -tillstånd . Men trots dessa kontroller förblir tusentals vattenförekomster i USA fortfarande klassificerade som "försämrade", vilket innebär att de innehåller föroreningar på högre nivåer än vad som anses vara säkert av EPA för de avsedda fördelaktiga användningarna av vattnet. Mycket av denna försämring beror på förorenad avrinning, vanligtvis i urbaniserade vattendelar (i andra amerikanska vattendelar är jordbruksföroreningar en viktig källa).

För att ta itu med det rikstäckande problemet med dagvattenföroreningar utvidgade kongressen CWA -definitionen av "punktkälla" 1987 till att omfatta industriella dagvattenutsläpp och kommunala separata stormavloppssystem ("MS4"). Dessa faciliteter krävs för att få NPDES -tillstånd. År 2017 reglerades cirka 855 stora kommunala system (som betjänar befolkningar på 100 000 eller fler) och 6 695 små system av tillståndssystemet.

Statliga och lokala krav

Ett siltstaket , en typ av sedimentkontroll , installerat på en byggarbetsplats

EPA har auktoriserat 47 stater att utfärda NPDES -tillstånd. Förutom att implementera NPDES -kraven har många stater och lokala regeringar antagit sina egna lagar och förordningar för dagvattenhantering, och vissa har publicerat designmanualer för dagvattenrening. Några av dessa statliga och lokala krav har utökat täckningen utöver de federala kraven. Till exempel, Staten Maryland kräver erosion och sediment kontroller på bygg av 5000 sq ft (460 m 2 ) eller mer. Det är inte ovanligt att statliga myndigheter reviderar sina krav och tvingar dem till län och städer; dagböter på upp till $ 25 000 kan ådömas för underlåtenhet att ändra deras lokala dagvatten tillåter till exempel byggarbetsplatser.

Nonpoint källföroreningar

Ytterligare information: Rening av avloppsvatten från jordbruket och erosionskontroll

Jordbruksavrinning (med undantag för koncentrerade djurfoderoperationer, eller " CAFO ") klassificeras som föroreningsfri förorening enligt CWA. Det ingår inte i CWA -definitionen av "punktkälla" och omfattas därför inte av NPDES -tillståndskrav. 1987 års ändringar av CWA inrättade ett icke-reglerande program vid EPA för hantering av icke-källkällor som består av forskning och demonstrationsprojekt. Relaterade program genomförs av Natural Resources Conservation Service (NRCS) i det amerikanska jordbruksdepartementet .

Public Education -grafik som distribueras av EPA

Offentliga utbildningskampanjer

Utbildning är en viktig del av dagvattenhanteringen. Ett antal myndigheter och organisationer har lanserat kampanjer för att lära allmänheten om dagvattenföroreningar och hur de kan bidra till att lösa det. Tusentals lokala regeringar i USA har utvecklat utbildningsprogram som krävs enligt deras NPDES dagvattentillstånd.

Ett exempel på ett lokalt utbildningsprogram är det från West Michigan Environmental Action Council (WMEAC), som har myntat termen Hydrofilth för att beskriva föroreningar av dagvatten , som en del av kampanjen "15 to the River". (Under en regnstorm, kan det ta bara 15 minuter för förorenad avrinning i Grand Rapids, Michigan för att nå Grand River .) Dess uppsökande verksamhet omfattar ett regn fat programdistribution och material för husägare om hur du installerar regn trädgårdar .

Andra kampanjer för offentlig utbildning belyser vikten av grön infrastruktur för att bromsa och behandla dagvattenavrinning. DuPage County Stormwater Management lanserade "Love Blue. Live Green". uppsökande kampanj på sociala medier för att utbilda allmänheten om grön infrastruktur och andra bästa hanteringsmetoder för dagvattenavrinning. Artiklar, webbplatser, bilder, videor och andra medier sprids till allmänheten genom denna kampanj.

Historia

Sedan människor började bo i koncentrerade byar eller urbana miljöer har avrinningen av dagvatten varit ett problem. Under bronsåldern fick bostäder en mer koncentrerad form, och ogenomträngliga ytor dök upp som en faktor i utformningen av tidiga mänskliga bosättningar . Några av de tidiga införlivandena av dagvattenteknik bevisas i det antika Grekland .

Ett specifikt exempel på en tidig dagvattenavrinningsdesign finns i den arkeologiska återhämtningen vid Minoan Phaistos på Kreta .

Se även

Referenser

externa länkar