بخشی از مقاله
بررسی مزیت های روش توسعه کم اتر (LID) در جمع آوری رواناب های سطحی شهری
چکیده :
توسعه روزافزون شهرها و در نتیجه افزایش سطوح نفوذ ناپدیر باعث تغییر در پاسخ هیدرولوژیکی محیط و ایجاد اثرات مخربی از جمله افزایش خطر بروز سیلاب، کاهش نفوذ آب به سفره های آب زیرزمینی و کیفیت رواناب ها گردیده است. بحران جاری آب و افزایش روزافزون تقاضا لزوم مدیریت صحیح منابع آب و استفاده از روش های بهینه در مدیریت منابع را ایجاب می نماید. در حال حاضر با توجه به عدم استفاده از سیستم بهینه ای در مدیریت رواناب های سطحی شهری حجم قابل توجهی از رواناب ها به روش های مختلفی از جمله آلوده شدن و خارج شدن از محیط مصرف، غیر قابل استقاده و حتی در مواردی باعث آسیب به تاسیسات و اماکن شهری و در نتیجه ایجاد خسارات مالی و جانی می گردد. لذا با بکار بردن روش های مدیریتی نوین می توان ضمن جلوگیری از اثرات مخرب مذکور، حداکثر بهره وری از این منابع را داشته باشیم. در این مقاله سعی شده است روش نوین توسعه کم اثر (LID) مورد بررسی قرار گیرد و سپس به معرفی مزیت های این روش پرداخته می شود.
کلمات کلیدی: توسعه کیم اثر، مدیریت روانابا، روش های نوین، توسعه شهری
۱. مقدمه
افزایش روز افزون شهرنشینی باعث افزایش اراضی شهری می گردد. توسعه شهرها تاثیرات مهم هیدرولوژیکی و محیط زیستی را بهمراه دارد. توسعه شهرنشینی باعث ایجاد سطوح نفوذ ناپذیر بسیاری در محیط گردیده که منجر به افزایش حجم و سرعت رواناب، کاهش تفوذ آب به سفره های آب زیر زمینی و کاهش در ماندگاری و تبخیر رواناب های سطحی می گردد [۱٫۲٫۳]. همچنین کاهش در کیفیت رواناب و آب های زیر زمینی سطحی به دلیل تخلیه فاضلاب شهری، صنعتی، نشت پسماندهای ناشی از زباله های موجود در محیط شهری و تغییر کاربری اراضی شهری از دیگر تاثیرات توسعه شهرها می باشد ||۴]. در نتیجه آب بارانی که در حوضه آبریز شهری می بارد بر اثر عوامل فوق به راحتی به سفره های آب زیر زمینی نفوذ تکرده و بعد از طی مسافتی طولانی و آلوده شدن به انواع آلاینده ها وارد مسیرهای آبروی منطقه می گردند تا آلودگی خود را به آبهای سطحی منطقه منتقل کنند. واضح است که با هر چه توسعه بیشتر شهرها نیاز به احداث زیرساخت هایی برای تخلیه رواناب های ناشی از باران به خارج از شهر به دلیل افزایش حجم و سرعت آن بیشتر می گردد، همچنین نیاز به تامین آب شرب، حال آنکه توسعه شهری خود باعث افزایش در حجم رواناب و آلودگی بیشتر منابعی آبی موجود می گردد.
به طور سنتی برای بهبود وضعیت تخلیه رواناب های ناشی از باران در حوضه های آبریز شهری از افزایش ابعاد و توسعه سیستم های زهکشی و تخلیه استفاده می شود. اگر چه با توضیحات داده شده می توان دریافت که استفاده از این روش به حل مشکل کمک نکرده و حتی در مواردی غیر اقتصادی و غیر کاربردی می باشد. روش توسعه کم اثر به عنوان یک راه حل ابتکاری برای حل مشکل رواناب های شهری توصیه می شود [۵]
۲. روش توسعه کم اثر
روش توسعه کم اثر به مجموعه تکنیک هایی گفته می شود که هدف آنها تبدیل وضعیت هیدرولوژی منطقه توسعه یافته به حالت اولیه آن ( حالت غیر توسعه یافته یا طبیعی) می باشد ۶٫۷ ]. برای این منظور روش توسعه کم اثر با رواناب در محل تولید برخورد می کند، در حالی که روش های سنتی پس از جاری شدن رواناب با آن رفتار می کنند ||۸||. در روش های سابق مدیریت روانابا، رواناب را با حداکثر سرعت ممکن از محل مورد نظر خارج کرده و مجموع آنها را در یک منبع بزرگ خارج از محل ذخیره می نمایند، و همچنین سازه هایی در پایین جریان برای کنترل دبی حداکثر احداث می گردد. از تکنیک های روش های سنتی می توان حوضچه های تاخیری و چاهک های نفوذ را نام برد. با استفاده از این روش ها ممکن است بتوان دبی حداکثر رواناب را کنترل نمود، اما مشکل رواناب افزایش یافته، آلودگی رواناب و اثرات ناشی از آن بر محیط زیست کماکان باقی خواهد ماند [۹]. تکنیک های روش توسعه کم اثر در مقایس کوچک اما در پراکندگی بالا استفاده می شوند و هدف آنها تقلید شرایط طبیعی منطقه با فرایندهایی مانند نفوذ، تبخیر و تصفیه می باشد. استفاده از این روش برخواسته از چهار نیاز اساسی کنترل حجم روانابا، کنترل نرخ رواناب حداکثر، کنترل دوره زمانی رواناب و کنترل کیفیت رواناب می باشد [۱۱ و ۱۰].
۳. تکنیک های روش توسعه کم اثر
این روش دارای تکنیک های مختلفی می باشد که در ادامه به تعدادی از مهمترین آنها پرداخته می شود.
۱-۳ سیستم نگهداشت زیستی
این سیستم ها که جزئیات آن را در شکل 1 و 2 می توان مشاهده نمود، به عنوان یک فیلتر متشکل از خاک و گیاه عمل می نماید. در این تکنیک آلاینده ها طی فرایندهای مختلف فیزیکی، بیولوژیکی و شیمیایی حذف می گردند. برای بدست آوردن یک آب سالم حذف آلاینده ها از آن ضروری می باشد.
تعدادی مطالعات آزمایشگاهی و میدانی برای اثر سنجی این تکنیک در کاهش آلاینده ها در دانشگاه مریلند صورت پذیرفته است || ۱۲]. به طور عموم مطالعات نشان داده اند که در صورت طراحی و اجرا درست این تکنیک منجر به کاهش چشمگیری در مقدار فلزهای سنگین رواناب خواهد گردید. در زمینه کمیت رواناب نیز این تکنیک می تواند مفید واقع گردد. با استفاده از نفوذ دادن آب به درون خاک و همچنین نگهداشت موقت آب در مخزن خود این تکنیک در مجموع از حجم رواناب منطقه کاسته و در جهت عدم تغییر شرایط هیدرولوژیکی منطقه ، کاهش دبی حداکثر و افزایش زمان تخلیه کمک می نماید.
از دیگر فواید استفاده از این تکنیک می توان به کاهش آلودگی گرمایی نیز اشاره نمود. رواناب گرم شده در سطوح نفوذ ناپذیر در این سیستم خنک می گردد. یک تحقیق نشان می دهد که استفاده از این روش می تواند دمای رواناب گرم شده را تا ۱۲ درجه سانتیگراد کاهش دهد [۱۳ . استفاده از تکنیک فوق علاوه بر مزیت های ذکر شده به دلیل بافت سبز آن می تواند تاثیر بسزایی در زیبایی منطقه مورد داشته باشند. همچنین با استفاده از این تکنیک عملا بافت طبیعی محیط زیستی منطقه افزایش یافته که می تواند فواید بسیاری را در پی داشته باشد.
۲-۳ بام های سبزا
بام های سبز نوعی سازه ترکیبی است که در کاهش اثرات توسعه شهری بر کیفیت آب با استفاده از فیلتر کردن، جذب کردن و به تاخیر انداختن رواناب، کمک می کند. این سازه ترکیبی است از نوعی خاک سبک وزن که در زیر آن سیستم زهکشی قرار گرفته و یک غشای نشت ناپذیر که از ساختمان محافظت می نماید. در خاک این سازه از ترکیبی از گیاهان به خصوصی که می توانند در محیط خشن، خشک و دارای گرمای بالای بام رشد
کنند و همچنین دوره های زمانی کوتاه مدت آبگرفتگی ناشی از باران را تحمل نمایند، استفاده می شود [۱۴].
در شکل (۳) نمونه ای از این اجرای این روش آورده شده است.
۳-۳ سطوح نفوذ پذیر"
بیش ترین فضای پوشیده شده در نواحی شهری متشکل از جاده ها و فضاهای پارکینگ میباشد که نقش مهمی در افزایش رواناب و مواد آمیخته شده در آن را به عهده دارند. می توان از مصالح دیگری در این زمینه استفاده نمود تا در نفوذ آب به درون خاک در همان ناحیه بارندگی با کاهش چشمگیر حجم رواناب صورت پذیرد. این تکنیک می تواند به کاهش سیلاب، کاهش دفعات سرریزی سیستم جمع آوری رواناب و فاضلاب و کاهش آلودگی گرمایی کمک نماید. همچنین استفاده از این مصالح می تواند به کاهش آبگرفتگی، تغذیه سفره های آب زیر زمینی، کاهش فرسایش مسیرهای آبرو، تسهیل در حذف آلاینده و یک محیط شهری زیبا منجر شود. با استفاده از این روش حتی می توان استفاده از لوله های زیرزمینی جمع آوری رواناب و سازه های نگهداری و تاخیری آب خاتمه داد. شکل (۴) نمونه هایی از استفاده ی این روش را نشان می دهد. در زمینه تاثیر در کمیت روانابا، تحقیقی نشان می دهد که استفاده از این مصالح می تواند تا ۹۰ درصد کاهش در حجم رواناب را به همراه داشته باشد [۱۵]. در مطالعه ای دیگر نشان داده شده است که استفاده توام از سطوح نفوذ پذیر و جوی های (SWales) بیشترین تاثیر را بر روی رواناب ناشی از باران های کوتاه مدت خواهد داشت [۱۶]. البته در باران های شدید و یا وقتی که خاک بستر اشباع گردیده است کاهش چشمگیری در رواناب رخ نخواهد داد. تحقیقات در زمینه جنبه های مختلف این مصالح موجود می باشد و کماکان مطالعه بر روی آنها ادامه دارد.
۴-۳ بشکه های باران و مخازن آبا
بشکه باران وسیله ای ارزان ، موثر و کاربردی برای به تاخیر انداختن و ذخیره رواناب می باشد. می توان از این وسیله در مناطق مسکونی، تجاری و صنعتی برای مدیریت رواناب استفاده نمود. این وسیله از یک حفره در بام برای جریان یافتن آب در ناودانی و سپس یک در پوش محکم برای آن در محل اتصال به بشکه، یک لوله سرریز در سر بشکه و یک شیر آب در پایین بشکه متشکل است. استفاده از شیر پایینی بنا به نیاز می تواند تغییر کند، چناچه هدف به تاخیر انداختن است میتوان آنرا باز و یا اگر هدف ذخیره آب است آنرا بسته کرد. آب ذخیره شده می تواند برای مقاصد بسیاری مورد استفاده قرار بگیرد. این بشکه ها می توانند با اتصال به یکدیگر یک منبع بزرگی از آب را تشکیل دهند. شکل (۵) مخازن آب عملکردی به مانند بشکه باران دارند با این تفاوت که می توانند در زیر زمین نیز احداث گردند و هم اینکه حجم بالایی را نیز می توانند در خود جای دهند.
3-5 اصلاح خاک
معمولا قبل از احداث واحد های ساختمانی خاک گیاهی موجود در محل برداشته می شود. این امر تاثیری فوری بر هیدرولوژی محل به علت نقص در ساختمان خاک، کاهش در تخلخل خاک، مواد ارگانیک، و فعالیت زیستی خواهد گذاشت. معمولا پس از احداث واحد های ساختمانی برای فضای سیز لایه نازکی از خاک گیاهی به زیر لایه فشرده شده افزوده می شود، که شرایط را به حالت اولیه بر نخواهد گرداند.
در اصلاح خاک علاوه بر استفاده از کودها، از خاک های سطحی، آهک و سنگ گچ نیز برای کنترل شرایط اسیدی و غیره خاک نیز استفاده می شود [۱۷]. دستورالعمل هایی در زمینه نسبت این مواد به یکدیگر موجود است.
۶-۳ فیلتر جعبه درختی
در واقع سازه های تاخیر زیستی کوچکی هستند که در زیر درختان اجرا می شوند، و می توانند در کاهش رواناب در صورت پراکندگی کافی در محیط تاثر بسزایی داشته باشند [۱۸]. در این سازه ها آب قبل از وارد شدن به حوضچه ذخیره توسط پوشش گیاهی موجود در پای درخت تصفیه می گردد. می توان از آب ذخیره شده در این سازه برای آبیاری درختان استفاده نمود. استفاده از این تکنیک علاوه بر کاهش چشمگیر در حجم رواناب و آلودگی آن، می تواند با هر نوع منظره طبیعی متناسب گردد و باعث افزایش کیفیت زندگی، افزایش زیبایی منطقه، افزایش در ارزش املاک و کاهش در گرمای جزیره ای گردد. نحوه کارکرد این تکنیک بدین صورت است که رواناب از سطوح نفوذ ناپذیر به سمت آنها هدایت میشود و پس از عبور از لایه های کود و پوشش گیاهی به درون خاک نفوذ می کند یا اینکه می توان منبع ذخیره آبی در آنها تعبیه نمود و با استفاده از لوله های زهکشی پس از تصفیه رواناب، به سمت آنها هدایت داده شوند.
۴. مزیت های فنی و اقتصادی تکنیک های LID
۱-۴ صرفه اقتصادی در یک مطالعه در منطقه ای از شهر لندن روش توسعه کم اثر به منظور ارزیابی اقتصادی و فنی مورد آزمایش قرار گرفته است [۱۹ . در این مطالعه ۶ مورد از تکنیک های LID و همچنین ترکیبی از آنها، در مدل سازی مدنظر قرار گرفته است که این تکنیک ها شامل : بام سبز ، روکش های نفوذپذیر، ترانشه نفوذ، حوضچه های تاخیری زیستی، جوی باغچه، جمع آوری آب باران می باشد. همچنین ۱۱ ترکیب از این تکنیک ها به صورت زیر در نظر گرفته شده است:
۱- - WS + PP ( جوی باغچه + روکش نفوذپذیر )
۲-VS + GR- ( جوی باغچه + بام سبز)
۳ - PP+ GR- (روکش نفوذپذیر + بام سبز)
۴ - PP + RH- ( روکش نفوذپذیر + جمع آوری آب باران )
۵ - IT -- PP- ( ترانشه نفوذ + روکش نفوذپذیر )
۶ - IT + GR- ( ترانشه نفوذ + بام سبز)
۷-BR+ GR- (سیستم تاخیری زیستی + بام سبز)
BR + RH -8(سیستم تاخیری زیستی + جمع آوری آب باران )
۹- BR+PP (سیستم تاخیری زیستی + روکش نفوذپذیر)
۱۰ - BR+PP + GR (سیستم تاخیری زیستی + روکش نفوذپذیر + بام سبز)
۱۱ - BR+ PP + RH (سیستم تاخیری زیستی + روکش نفوذپذیر + جمع آوری آب باران )
از مزیت های اجرای روش توسعه کم اثر، صرفه اقتصادی و کاهش در هزینه ها می باشد. در این مطالعه بررسی این موضوع نیز مدنظر قرار گرفته و بر مبنای مساحت جریان برای هر کدام از روش ها، هزینه های اجرای آنها با استفاده از برنامه محاسبه هزینه " ||۲۰|| برآورد شده است. جدول (۱) هزینه های سرمایه گذاری برای اجرای هرکدام از روش های مذکور را نشان می دهد.
همچنین بازدهی هزینه در اجرای روش توسعه کم اثر و ترکیب های مذکور از این روش ها که برمبنای ( هزینه در واحد مترمکعب کاهش رواناب ) محاسبه شده اند، در شکل (۷) نشان داده شده است. با توجه به این شکل مشخص می شود که عملکرد در کنترل رواناب برای دو روش " ترانشه های نفوذ " و " جوی باغچه " نسبت به عملکرد آنها در هزینه بیشتر است، در نتیجه هزینه این دو تکنیک تقریبا برابر می شود. طبق مطالعات انجام گرفته، بیشترین هزینه مربوط به دو تکنیک " روکش نفوذپذیر" و "بام سبز " می باشد؛ که در صورت اجرای روکش های نفوذپذیر برای قسمت های زیادی از منطفه مورد نظر، هزینه های مربوط به آن از هزینه ی همه تکنیک های روش نوسعه کم اثر بیشتر می شود. بنابراین ترکیب این روش ها، کاهش قابل توجهی در
