Крыша, которая удерживает дождь: почему управление водой должно начинаться со здания

Годы наблюдения за развитием городов, увеличением плотности застройки территорий, а также изменением природных условий, связанных с увеличением количества ненормированных осадков, всё более наглядно показывают, как возрастают проблемы с затоплением улиц и осложнением отведения дождевой воды. Основная сложность заключается в том, что при росте застраиваемых территорий технически невозможно увеличить пропускную способность действующей городской ливневой канализации.

Реконструкции системы ливневого сброса в плотно застроенной территории очень дороги для городского бюджета, а иногда и просто невозможны. Для регулирования баланса воздействия дождевых вод на городскую среду существуют системы, позволяющие совместить зелёные крыши и системы управления дождевой водой.

Я всё чаще прихожу к другому вопросу: почему мы вообще пытаемся как можно быстрее собрать практически всю выпавшую воду и одновременно отправить её в городскую сеть или отвести её по рельефу, думая, что, выполнив данную задачу, мы решили проблему? На деле ведь происходит следующее: мы пытаемся решить проблему, но не решаем причину её возникновения, тем самым просто усугубляя ситуацию. Причины же появляются значительно раньше — ещё на уровне предполагаемого строительства здания и в целом формирования генерального плана развития городов. 

От частного к общему

Современный город состоит из огромного количества водонепроницаемых покрытий: асфальтированные дороги, покрытие парковок, площади, по которым мы привыкли прогуливаться, наслаждаясь видом. Мало того, что на естественной территории большая часть осадков сильным потоком доставляет нам дискомфорт, вода ещё и не впитывается в почву, не задерживается растительностью, не возвращается в атмосферу через испарение и, как следствие, не снижает температуру воздуха. В плотной городской застройке вода быстро превращается в сильный поверхностный сток, в котором утопают города. Давайте вернёмся не просто к проблеме, а к её причине. 

Ливневая городская сеть рассчитывалась на площади улиц и количество скатных крыш прошлого, вместе они формировали поверхностный сток. Но никто не предполагал, что при росте городов и возникновении плоских кровель, подземных паркингов и эффективных для девелопера конструкций в виде стилобатов, объединяющих комплекс зданий в один жилой массив, эта система будет нарушена. Восхищаясь красотой архитектуры современных зданий, мы не замечаем и не понимаем их эффективность для снижения дождевой нагрузки на городскую сеть.

На деле же чем эффективнее каждое отдельное здание в общем количестве построек, формирующих город и отводящих огромное количество воды с поверхности своих кровель и эксплуатируемых крыш, тем быстрее во время интенсивного дождя огромный объём воды — больше расчётного параметра — оказывается в городской системе, уничтожая город поверхностным стоком и, как следствие, затоплением улиц. 

Получается парадокс: то, что считается эффективным решением на уровне отдельного здания, может увеличивать проблему на уровне города. Отвести воду не значит управлять ею. Традиционная инженерная логика долго была достаточно простой: дождь попал на кровлю, его необходимо как можно быстрее отвести. Но в условиях плотной урбанизации и изменения характера осадков этой логики уже недостаточно.

Как должна работать эта система

Современное управление дождевой водой на крышах строится на другом принципе — прежде всего требуется задержать воду там, где она выпала, и, направив её на предварительную очистку, использовать, например, для полива растений и в качестве воды для хозяйственного применения, тем самым свести воздействие дождевой воды на городскую среду к нулю. 

Здание в такой модели перестаёт быть пассивной поверхностью и становится частью городской водной инфраструктуры. Особенно интересны в этом отношении кровли. В плотно застроенном городе свободной территории для создания новых наземных водоудерживающих пространств часто практически нет. Но при этом миллионы квадратных метров крыш остаются функционально недоиспользованными в структуре городской среды. 

Сегодня в мировой практике крышу всё чаще и чаще рассматривают одновременно как зелёную поверхность и как пространство временного или постоянного хранения дождевой воды, которую обеспечивают озеленяемые и эксплуатируемые крыши жилых и административных зданий. 

Что меняет водоудерживающая крыша — озеленяемая, эксплуатируемая с возможностью проезда транспорта?

Важно различать обычную зелёную кровлю и кровлю, специально спроектированную для управления стоком. 

Зелёная кровля сама по себе способна удерживать часть осадков в растительном и субстратном слоях. Международный метаанализ исследований из 21 страны показал средний показатель удержания около 62%, однако диапазон результатов чрезвычайно широк: эффективность зависит от интенсивности осадков, глубины субстрата, растительности, сезона и климатических условий. Это очень важный вывод: зелёная кровля — не универсальная цифра в спецификации. Это инженерная система, которую необходимо рассчитывать для конкретного здания и конкретного климата. 

Водоудерживающая крыша делает следующий шаг.

В её конструкции создаётся дополнительный объём для временного или постоянного накопления воды. После дождя вода не должна мгновенно уходить в ливневую сеть. Удерживаемая вода на озеленяемых и эксплуатируемых крышах частично используется растительным слоем и испаряется, понижая температуру окружающей городской среды, а избыточный объём может выпускаться с контролируемой скоростью стока, минимизируя перегрузку городской ливневой системы и в отдельных случаях сводя её к нулю.

Меняется не только количество воды, попадающей в систему, но и время её поступления вплоть до её полного отсутствия и нулевого воздействия на город. А для городской инфраструктуры время имеет огромное значение.

Тысячи локальных водохранилищ

Если миллионы квадратных метров скатных кровель и эксплуатируемых крыш сбрасывают воду практически одновременно, возникает пиковая нагрузка, при воздействии которой ливневая канализация при переполнении переходит в другое физическое состояние, а именно в напорный режим, вымещающий воду на поверхность. Если часть этого объёма задерживается на зданиях и поступает в систему постепенно или вообще не попадает, профиль нагрузки становится совершенно другим, несовместимым с текущей ситуацией, которую мы видим на улицах Астаны, Алматы и других городов. 

Исследования зелёных крыш подтверждают именно этот эффект: они способны не только уменьшать общий объём стока, но и задерживать начало стока и снижать или даже исключать его пиковые значения. Любая крыша становится маленьким водохранилищем, избавляющим город от стресса из-за подтоплений. 

Самое интересное изменение последних лет заключается в том, что мы начинаем воспринимать кровлю не как место, откуда воду необходимо удалить, а как инженерный ресурс здания.

На ней можно временно не просто удерживать воду после интенсивного дождя, но также регулировать скорость её сброса и даже использовать накопленную воду для поддержания растительности. Через испарение часть воды возвращается в естественный водный цикл, одновременно участвуя в охлаждении городской среды. И всё это происходит на площади, которая уже существует и которую городу не нужно покупать дополнительно. 

В профессиональной практике существуют системы с отдельным водонакопительным слоем и регулируемым оттоком. Например, применяемые нами решения позволяют проектировать водоудерживающий объём воды в зависимости от задачи конкретного объекта. В системах этого класса вода накапливается под зелёной крышей, а её выпуск регулируется таким образом, чтобы уменьшить пиковый сброс. 

Дождевая вода должна становиться частью проекта здания, а не проблемой, которую здание передаёт городу. 

От отдельной зелёной крыши — к сине-зелёной инфраструктуре 

Одна водоудерживающая крыша не спасёт город от подтоплений. Она может локально решить только проблему самого застройщика, локально создающего свой объект. Но этот застройщик уже задумался над будущей проблемой своего объекта. И это принципиально важно проговорить. 

Нельзя заменить одной технологией всю ливневую канализацию! Можно полностью или частично уменьшить сброс, перегружающий городскую ливневую сеть. Грамотное вертикальное планирование территории на естественных основаниях с использованием водопроницаемых покрытий, применение понятия «дождевые сады», озеленение улиц, установка резервуаров для удержания и другие элементы водной инфраструктуры предотвращают поверхностный сток. Но если рассматривать их совместно, возникает совершенно другая модель построения города.

Крыши задерживают часть воды. Дождевые сады принимают сток с прилегающих территорий. Проницаемые поверхности позволяют части осадков инфильтрировать в почву. Озеленённые пространства удерживают и испаряют воду, делая среду более комфортной для человека и понижая температуру в городах. Инженерная сеть принимает уже минимальный оставшийся объём воды. 

Это и есть логика сине-зелёной инфраструктуры: вода и озеленение перестают проектироваться как две независимые системы. 

Именно к такой модели постепенно приходит современное управление дождевым стоком в крупных городах. Центральной Азии нельзя просто скопировать европейское решение. Для Алматы, Ташкента, Астаны и других городов Центральной Азии эта тема особенно интересна. Но было бы ошибкой взять немецкую конструкцию, перенести её в другой климат и считать вопрос решённым. 

У Центральной Азии свои условия: высокая летняя температура, длительные сухие периоды, резкие температурные колебания, особенности местных осадков, дефицит воды, пылевая нагрузка, требования к растениям и совершенно другая культура эксплуатации зданий. 

Научные исследования подтверждают, что климатические условия существенно влияют на способность зелёных крыш удерживать сток. Более того, в глобальных исследованиях Центральная Азия пока представлена значительно слабее Европы, Северной Америки и части Азии. 

Поэтому следующий этап для нашего региона — не просто импорт технологий. Нам необходимо собирать собственные данные.

Сколько воды способна удерживать конкретная конструкция в климате Алматы? Как быстро она восстанавливает ретенционную ёмкость после осадков? Какие растения способны выдерживать жару и помогать возвращать накопленную дождевую воду в естественный водный цикл? Как должен рассчитываться объём накопления? Что происходит зимой? Какова стоимость эксплуатации через пять, десять, двадцать лет? 

Без ответов на эти вопросы зелёная кровля рискует остаться красивым элементом проекта. С ответами она превращается в измеримый объект городской инженерной инфраструктуры. 

Кто отвечает за дождь?

Есть ещё одна проблема, которую за двадцать лет работы в этой отрасли я считаю одной из самых существенных. Городское управление водой находится между несколькими профессиями. 

Архитектор проектирует здание. Ландшафтный архитектор отвечает за озеленение. Конструктор — за нагрузки. Инженер — за водоотведение. Девелопер — за экономику проекта. Город — за ливневую инфраструктуру. Управляющая компания — за дальнейшую эксплуатацию. Но дождь не знает этих административных границ. 

Вода проходит через весь проект.

Поэтому настоящая сине-зелёная инфраструктура начинается не с выбора конкретного оборудования, а с момента, когда управление дождевой водой становится отдельной задачей проекта ещё на стадии концепции. 

Мы привыкли воспринимать сильный дождь как внешнюю угрозу для города. Но вода — не только риск. В условиях всё более жаркого климата это ещё и ресурс, который мы зачастую сначала максимально быстро выводим из города, а затем тратим воду и энергию на полив и охлаждение городской среды. 

Поэтому, возможно, главный переход ближайших лет будет от логики водоотведения к логике управления водой. 

И если тысячи зданий научатся не просто сбрасывать дождь, а принимать, задерживать, использовать и контролируемо отдавать воду, город получит совершенно другую модель взаимодействия с осадками. 

Не одну большую систему, которая должна справиться со всем. А тысячи небольших элементов, каждый из которых принимает на себя часть нагрузки. И именно с этого, на мой взгляд, начинается настоящее построение «города-губки».