Кіріспе

Жаңбыр бақтары, сондай-ақ биоретенциялық нысандар деп те аталады, топырақтың жаңбыр суын қайта сіңіруін арттыруға бағытталған әртүрлі тәсілдердің бірі болып табылады. Олар ластанған нөсер суларын тазарту үшін де қолданылуы мүмкін. Жаңбыр бақтары – ағын жылдамдығын, жалпы көлемін және ағын судың ластағыштарын азайтатын ландшафттық құрылымдар. Жаңбыр бақтары жауын-шашын суларын ұстап тұру және инфильтрация уақытын ұлғайту үшін өсімдіктерге және табиғи немесе жасалған топырақ ортасына сүйенеді, сонымен қатар қалалық ағын суларымен келген ластағыштарды тазартып, сүзіп тастайды. Жаңбыр бақтары кез келген жаңбыр суын қайта пайдалану және оңтайландыру мүмкіндігін ұсынады, бұл қосымша суару қажеттілігін азайтады немесе жоққа шығарады. Жаңбыр бақтарын отырғызудың артықшылығы – қоршаған ауа мен су температурасының төмендеуі, бұл жылу аралы эффектісі деп аталатын құбылыста жылуды сіңіретін көптеген өткізбейтін беттері бар қалалық аймақтарда ерекше тиімді. Жаңбыр бақтарына көбінесе жауын-шашын жерінің жиегінде өсетін өсімдіктер, мысалы, дала гүлдері, қамыстар, бұталар, папоротниктер, кішігірім ағаштар және бұталар отырғызылады. Бұл өсімдіктер жаңбыр бағына ағып келетін су мен қоректік заттарды сіңіреді, ал олар транспирация процесі арқылы атмосфераға су буын шығарады. Өсімдіктердің терең тамырлары жауын-шашын суының жерге сіңіп кетуіне қосымша арналар жасайды. Тамыр жүйелері инфильтрацияны жақсартады, топырақтың өткізгіштігін сақтайды немесе тіпті арттырады, ылғалдылықты қайта бөледі және биофильтрацияға қатысатын әртүрлі микроби популяцияларын қолдайды. Микробтар органикалық қосылыстарды (кейбір ластағыштарды қоса) ыдыратады және азотты шығарады. Жаңбыр бақтарының көптеген пайдалы жақтары бар: олар ағынды суды сүзіп су сапасын жақсартады, жергілікті су тасқынын бақылайды, эстетикалық жағынан әдемі ландшафттық нысандарды құрайды және әртүрлі егу мүмкіндіктерін ұсынады. Олар сонымен қатар жануарлар мен флораның әртүрлілігін арттырады, ғимараттар мен оларды қоршаған ортаны біріктірілген және экологиялық тұрғыдан тиімді тәсілдермен байланыстырады. Жаңбыр бақтары жақын жердегі су қоймаларының су сапасын жақсарта алады және азайған жер асты суларын толықтырады. Жаңбыр бақтары сондай-ақ дауылдық кәріз жүйесіне түсетін ластанған ағынды судың мөлшерін азайтады, ол тікелей жер бетіндегі суларға ағып, эрозияға, судың ластануына және су тасқынына әкеледі. Жаңбыр бақтары дәстүрлі жаңбыр сулары инфрақұрылымының жүктемесін азайту арқылы энергия тұтынуды да азайтады.

Тарих

Алғашқы жаңбыр бақтары урбанизациядан бұрын пайда болған табиғи суды сақтап қалатын аймақтарды имитациялау үшін жасалған. Тұрғын үйлерде пайдалануға арналған жаңбыр бақтары 1990 жылы Мэриленд штатының Принс-Джордж округінде құрылды, онда жаңа тұрғын үй ауданын салушы Дик Бринкер дәстүрлі ең жақсы басқару тәсілдерін (BMP) биоретенциялық аймақпен алмастыру туралы идеяны ұсынды. Ол Ларри Коффманға, экологиялық инженер және Экологиялық ресурстар департаментінің бағдарламалар және жоспарлау жөніндегі директордың орынбасарына бұл идеямен жүгінді. Нәтижесінде Сомерсетте жаңбыр бақтары кеңінен қолданыла бастады, бұл тұрғын үй ауданы, онда әр үйдің жерінде жаңбыр бақшасы бар. Бұл жүйе өте тиімді болып шықты. Шамамен 400 000 долларға бағаланатын тротуарлар, жаяу жолдар және су ағызу жүйелері орнына, жасыл жолақты дренаж жүйесін орнатуға 100 000 доллар жұмсалды. Бағытталған жаңбыр сулары әдетте өзенді қоректендіретін жер асты суларынан жылырақ болады және кейбір су экожүйелеріндегі тепе-теңдікті бұзумен байланысты, негізінен еріген оттегінің (DO) төмендеуі арқылы. Жаңбыр суларының ағыны жаңбыр кезінде қатты немесе тығыз беттерден шайылып кететін әртүрлі ластаушы заттардың көзі болып табылады. Бұл ластаушы заттарға ұшпалы органикалық қосылыстар, пестицидтер, гербицидтер, көмірсутектер және іздік металдар жатуы мүмкін.

Жауын-шашын суларын басқару жүйелері

Жауын суларын басқару суаймақ деңгейінде жүзеге асырылады, қалалық су сапасына төменнен әсер етудің алдын алу мақсатында. Суаймақ жер асты суларының айналымды жиналуы, сақталуы және ағыны арқылы қамтамасыз етіледі. Су өткізбейтін беттерге жауған жаңбыр мұнай, бактериялар және шөгінділер бар жер беті ағынын жинақтайды, ол әрі қарай өзендерге және жер асты суларына жетеді. Күнделікті сіңіруге арналған шағын сыйымдылығы бар жаңбыр бақтары да қалалық ағынды суларды азайтуға оң үлесін қоса алады. Жаңбыр бақтарын жобалау арқылы өткізгіш беттердің санын арттыру табиғи су объектілеріне жететін ластанған жауын суының мөлшерін азайтады және жер асты суларын жылдамдырақ толтырады. Сонымен қатар, көп жаңбыр ағынына ұшырайтын жерге жаңбыр бағын орнату, қоғамдық жауын су жүйелеріне түсетін су көлемін азайтады. Суды тазартуға биоретенциялық тәсіл, атап айтқанда осы контексте жаңбыр бақтары, екі мақсатты қамтиды: ландшафттар мен топырақтардағы табиғи процестерді пайдалану арқылы жаңбыр суларын ағынға дейін тасымалдау, сақтау және сүзу, сондай-ақ ластанған қалалық ағынға мүмкіндік беретін жер бетін жабатын су өткізбейтін беттердің жалпы ауданын азайту. Жаңбыр бақтары жауын суларын басқарудың кең жүйесімен өзара әрекеттескенде ең тиімді жұмыс істейді. Суды тазартуға арналған осы интеграцияланған тәсіл "жауын су тізбегі" деп аталады, ол жер бетінен ағып кетуді болдырмау, ағынды суды сіңіру немесе булану үшін сақтау, ағынды суды ұстап, алдын ала белгіленген жылдамдықпен босату және жаңбырды түскен жерінен ұстау немесе сақтау құрылыстарына жеткізуге қатысты барлық техникаларды қамтиды.

Биологиялық сақтау

Жауын суларын басқару бойынша LID (төмен әсер ететін жобалау) тұжырымы биоретенцияға негізделген: бұл ландшафтты және су жобалау тәсілі, ол топырақтың, микроорганизмдердің және өсімдіктердің химиялық, биологиялық және физикалық қасиеттерін пайдаланып, учаске ішіндегі су ағынының сапасы мен көлемін реттеуге мүмкіндік береді.

Суды тазарту процесі

Биоретенция жауын-шашын суының мөлшерін ұстау, сіңіру, булану және транспирация арқылы бақылайды. Жаңбыр суының сапасын биоретенция тұндыру, сүзгілеу, сіңіру, адсорбциялау, ыдырау және күйреу арқылы реттеуге мүмкіндік береді. Табиғи су тазалауы егілген аймақтардың жобалануына негізделгенімен, биоремедиацияның негізгі компоненттері – топырақтың сапасы және микроорганизмдердің белсенділігі болып табылады. Өсімдіктер осы ерекшеліктерді қолдайды, топырақтың өткізгіштігін арттыру үшін қосымша кезеңдік кеңістіктер жасайды, күрделі тамыр жүйесінің өсуі арқылы топырақтың тығыздалуын болдырмайды, тамыр бетінде микроорганизмдер үшін қолайлы орта жасайды және топыраққа оттегі жеткізеді. Жаңбыр бақтары кейде биосалалармен шатастырылады. Биосалалар белгілі бір бағытта еңіспен төмен қарайды, ал жаңбыр бақтары тегіс болады; алайда, биосала үлкен жаңбыр суларын басқару жүйесінің бір бөлігі ретінде жаңбыр бақшасымен аяқталуы мүмкін. Дренаждық арналарды биосалалар сияқты пайдалануға болады, тіпті жаңбыр бақтарын тізбектей орналастыруға болады, бұл күтімге кететін уақытты және қаржыны үнемдеуге көмектеседі. Судың үнемі тұрып қалатын бөлігі – жаңбыр бақшасы емес, су бақшасы, ылғалды жер немесе тоған. Жаңбыр бақтары сондай-ақ суды жинақтауға арналған резервуарлардан да ерекшеленеді, онда су бір-екі күн ішінде жерге әлдеқайда баяу сіңеді.

Топырақ және дренаж

Жиналған су топырақ қабаттары немесе инженерлік топырақ, яғни субстрат арқылы сүзгіленеді. Топырақ қанығу шегіне жеткен соң, артық су топырақ бетінде жиналады және ақырында төмендегі табиғи топыраққа сіңеді. Биоретенциялық топырақ қоспасы әдетте 60% құм, 20% компост және 20% жоғарғы қабат топырақтан тұруы керек. Компост концентрациясы жоғары топырақтар жер асты және жаңбыр суларын сүзгілеуде жақсы нәтижелер көрсетеді. Биоретенциялық жүйеде қолданылса, максималды тиімділік пен өнімділікке қол жеткізу үшін өткізбейтін топырақ мерзімді түрде алынып, жаңасымен ауыстырылуы тиіс. 1983 жылғы зерттеуге сәйкес, құмды топырақ (биоретенциялық қоспа) құм мөлшері аз қоршаған топырақпен араластырылмайды, себебі балшық бөлшектері құм бөлшектері арасына орналасып, сіңіруге кедерес келтіретін бетон тәрізді затты құрайды. Тығыз газон топырағы құмды топырақ сияқты жер асты суларын сақтай алмайды, өйткені топырақтағы микротесіктер жеткілікті мөлшерде ағынды ұстап тұруға мүмкіндік бермейді. Жаңбыр бақтары көбінесе ғимараттың шатырдан ағызғыш құбырының жанында (жаңбыр су жинағыштарымен немесе онсыз) орналастырылады. Көптеген жаңбыр бақтары ғимараттың немесе қалалық учаскенің дренаж жүйесінің соңғы нүктесі ретінде жобаланады, олардың құрамындағы топырақ немесе қиыршық тас қабаттары арқылы барлық келіп түсетін суды сіңіруге қабілетті. Ауыр жаңбырлар кезінде судың артығын ағызу орнына бағыттау үшін француз дренажы қолданылуы мүмкін. Егер биоретенциялық учаскеге ғимараттың шатырынан келетін су құбырларынан қосымша ағын бағытталса немесе егер қолданыстағы топырақтың сүзгілеу жылдамдығы сағатына 5 дюймнен асып кетсе, жаңбыр бағының субстратында осы артқан сіңіру жүктемесін қабылдау үшін жоғарғы қабат топырағының астында қиыршық тас немесе құм қабаты болуы керек.

Өсімдіктер

Жаңбырлы бақтың типік өсімдіктері – шөптесін көп жылдық өсімдіктер мен астықтар, олар кезекті тамыр құрылымы мен жоғары өсу жылдамдығы үшін таңдалады. Жаңбырлы бақ үшін толысқан және құрғақ топыраққа төзімді өсімдіктер пайдаланылады. Олардың максималды тиімділікке жетуі үшін күтім жасау қажет, сондай-ақ жақын жерлердегі жерді пайдаланумен үйлесімді болуы керек. Жаңбырлы бақтар үшін жергілікті және бейімделген өсімдіктер жиі таңдалады, себебі олар жергілікті климатқа, топыраққа және су жағдайларына төзімдірек; судың сіңуін және құрғақшылыққа төзімділігін арттыру үшін терең және өзгермелі тамыр жүйелеріне ие; жергілікті экологиялық қоғамдар үшін мекендеу құндылығын, әртүрлілігін және жалпы тұрақтылықты арттырады. Өсімдіктердің тығыз және біркелкі тамыр құрылымының тереңдігі биоретенциялық жүйеде тұрақты сіңуді сақтауға көмектеседі. Жергілікті өсімдіктерді пайдаланумен байланысты кейбір мәселелер болуы мүмкін, оның ішінде кейбір түрлердің қолжетімсіздігі, көктемнің соңында пайда болуы, қысқа гүлдеу кезеңі және салыстырмалы түрде баяу орналасуы. Жаңбырлы бақтың барлық климаттық жағдайларда тиімді жұмыс істеуі үшін түрлердің кең ауқымын отырғызу маңызды. Бақтың қызмет ету мерзімі ішінде ылғал деңгейінің өзгеруі мүмкін, сондықтан құрғақшылыққа төзімді кейбір өсімдіктер қажет. Жаңбырлы баққа өсімдіктерді таңдағанда, ылғалға төзімділігіне қарай төрт санатты қарастыру қажет. Ылғалды топырақ суға толып, ұзақ уақыт бойы беттік судың жиналуымен сипатталады; бұл санатқа батпақтар мен саздақ жерлер кіреді. Ылғалды топырақ әрқашан ылғалды болады, ал осы санатта өсетін өсімдіктер су тасқынына ұзақ уақыт төзімді. Мезиктік топырақ тым ылғалды да, тым құрғақ та емес; осы санатты ұнататын өсімдіктер қысқа мерзімді су тасқынына төзе алады. Ұлттық ғылым қоры, АҚШ-тың қоршаған ортаны қорғау агенттігі және бірқатар зерттеу институттары жаңбырлы бақтарды ластаушы заттарды тұтқындауға немесе оларды зиянсыз қосылыстарға химиялық түрлендіруге қабілетті материалдармен толықтырудың әсерін зерттеп жатыр. Жаңбырлы бақты жобалаудың басты міндеті – жаңбырлы бақтың сүзгілеу жүйесінің қатты дауылдар кезінде қандай ластаушы заттарды және қандай мөлшерде өңдей алатынын болжау. Ластаушы заттарға жануарлар қалдықтары мен мұнай төгілуі сияқты органикалық заттар, сондай-ақ ауыр металдар мен тыңайтқыш заттар сияқты органикалық емес заттар кіруі мүмкін. Бұл ластаушы заттар өзендер мен салаларға сіңіп кетсе, өсімдіктер мен балдырлардың тез өсуіне себеп болуы мүмкін. Ластаушы заттардың мөлшерін болжау, әсіресе, жаңбыр ұзақ құрғақ кезеңнен кейін жауған кезде қиындық тудырады. Бастапқы жаңбыр сулары құрғақ кезеңдерде жиналған ластаушы заттармен ластанған болады. Жаңбырлы бақтарды жобалаушылар бұрын берік жергілікті өсімдіктерді табуға және тиімді биофильтрацияны қамтамасыз етуге баса назар берген, бірақ соңғы кезде кіретін ластаушы ағындардың тотығу-тотығу деңгейін химиялық түрде төмендетуге арналған материалдармен сүзгілеу қабаттарын толықтыруды бастады. Кейбір өсімдік түрлері минералды қоректік заттарды сақтауда өте тиімді, олар тек өсімдік өлгеннен және шірігеннен кейін ғана босатылады. Басқа түрлер ауыр металл ластаушыларын сіңіре алады. Өсімдіктерді кесіп, өсу циклының соңында толығымен алып тастау осы ластаушы заттарды толығымен жояды. Бұл процестерден ластанған топырақ пен жаңбыр суларын тазалауды фиторемедиация деп атайды. Melbourne Water – Мельбурнның сумен жабдықтау алаптарын басқаруға жауапты Виктория штатының үкіметтік агенттігі. Water By Design – Оңтүстік-Шығыс Квинслендте жаңбырлы бақтарды қоса алғанда, суға сезімтал қалалық дизайнды қолдауға бағытталған қабілетті арттыру бағдарламасы. Ол 2005 жылы Оңтүстік-Шығыс Квинслендтің салауатты су жолдары серіктестігімен бірлесіп, SEQ салауатты су жолдары стратегиясының маңызды бөлігі ретінде құрылды.

Америка Құрама Штаттары

Пьюджет саунд үшін 12000 жаңбыр бақшасы науқаны 2016 жылға дейін Батыс Вашингтонның Пьюджет саунд алабында 12000 жаңбыр бақшасын салуға бағытталған күш-жігерді үйлестіреді. 12,000 жаңбыр бақшасы веб-сайты жалпы жұртшылыққа, ландшафт мамандарына, муниципалдық қызметкерлерге және шешім қабылдаушыларға ақпарат пен ресурстар ұсынады. Қазіргі кездегі ең жақсы нұсқауларға, қолдануға оңай материалдарға және "Жаңбыр бақшасы менторы" мастер бағбандарының желісіне қол жеткізу арқылы бұл науқан жыл сайын 200 миллион галлоннан астам ластанған ағынды суды жинап, тазартуға және осылайша Пьюгет саундтың су сапасын айтарлықтай жақсартуға бағытталған. Мэплвуд, Миннесота тұрғындарын жаңбыр бақтарын орнатуға шақыратын саясатты іске асырды. Көптеген аудандарда әр үйге шваль қосылды, бірақ швальға бақ орнату ерікті болды. Жоба Мэплвуд қаласы, Миннесота университетінің ландшафт сәулет кафедрасы және Рамси Вашингтон метро су айдыны ауданы арасында серіктестік болды. Тұрғындармен фокус-топ өткізіліп, басқа қауымдар өздерінің жаңбырлы бақ жобаларын жоспарлау кезінде оны ресурс ретінде пайдалана алуы үшін жарияланды. Кейбір жергілікті мемлекеттік ұйымдар тұрғындарға жаңбырлы бақ орнату үшін жергілікті гранттар ұсынады. Миннесота штатының Дакота округінде Дакота округінің топырақ пен суды қорғау округі тұрғындарды тұрғын үйлерге жаңбыр бақтарын орнатуға шақыру үшін таза су үшін абаттандыру бағдарламасы арқылы 250 доллар грант пен техникалық көмек ұсынады. Сиэтл қаласында 2003 жылы бүкіл қала жоспарын әзірлеу үшін пайдаланылған прототиптік жоба жасалды. "Street Edge Alternatives" компаниясының "SEA Street" деп атаған бұл жоба тұрғын үй көшелерінің бетін қатты өзгертті. Көше әдеттегі сызықтық жолдан жұмсақ қисық, тары, көше ұзындығының көп бөлігінде орналасқан үлкен жаңбыр бақтарымен өзгертілді. Көшеде кәдімгі көшеге қарағанда 11% -ға аз өткізбейтін беті бар. Бұл жолдың 3 блоктың бойында 100 мәңгі жасыл ағаш пен 1100 бұта бар, ал 2 жылдық зерттеуде көшеден шығатын жауын-шашын суының мөлшері 99% -ға азайғаны анықталды. 10,000 Rain Gardens - Миссури штатының Канзас-Сити қаласындағы қоғамдық бастама. Жер иелері жаңбыр бақтарын құруға шақырылады, олардың мақсаты - 10 000 жеке бақ құру. Батыс Мичиганның қоршаған ортаны қорғау жөніндегі кеңесі Батыс Мичиганның жаңбыр бақтарын Мичиган штатының Гранд-Рапидс қаласында су сапасы бойынша ауқымды бағдарлама ретінде құрды. Мичиган штатында да Оңтүстік-Шығыс Оукленд округі су басқармасы тұрғындарды Руж өзенінің су айдынындағы су сапасын жақсарту үшін өздерінің пейзаждарына жаңбыр бағын қосуға шақыратын буклет шығарды. Уоштенау округінде үй иелері Су ресурстары комиссарының жаңбырлы бақ бағдарламасына ерікті түрде қатыса алады, онда еріктілер жыл сайын тегін кәсіби ландшафт дизайны үшін таңдалады. Үй иелері бақтарды өздері жасайды, сондай-ақ абаттандыру материалдарын төлейді. Бақтардың фотосуреттері, жобалау құжаттары мен су ағызуды есептеулер онлайн режимінде қол жетімді. Уоштенау округінің су ресурстары комиссарының кеңсесі жыл сайын жеке және онлайн Master Rain Gardener сыныптарын ұсынады, бұл жаңбыр бағын жобалауға, салуға және күтіп-ұстауға қызығушылық танытқан адамдарға көмектеседі. Портленд, Орегон, тұрғындарын қаланың біріктірілген кәріз жүйесінен су ағызуды ажыратып, жаңбыр бақтарын құруға шақыру үшін "Таза өзен сыйлықтары" бағдарламасын құрды. Семинарлар, су бағасына жеңілдіктер және интернет ресурстары ұсынылады. Делавэрде Делавэр университетінің Су ресурстары агенттігінің және Аппокининкинк өзені қауымдастығы сияқты экологиялық ұйымдардың жұмысы арқылы бірнеше жаңбыр бақтары құрылды. Нью-Джерсиде Ратгерс кооперативтік су ресурстарын кеңейту бағдарламасы қала маңындағы және қалалық аймақтарда 125-тен астам демонстрациялық жаңбыр бақтарын орнатқан. Су ресурстары бағдарламасы жаңбыр бақтарын Камден және Ньюарк сияқты қалалық аймақтарда жасыл инфрақұрылым ретінде пайдалануды назарға ала бастады. Бұл жергілікті су тасқынын, кәріздің ағып кетуін және су сапасын жақсартуға көмектеседі. Су ресурстары бағдарламасы Нью-Джерсидің жергілікті өсімдіктер қоғамымен бірлесіп, жаңбырлы бақ нұсқаулығын да қайта қарады және шығарды. Массачусетс штатының қоршаған ортаны қорғау департаменті жазғы бақтардың жалпы сусындардың 90%-ын, азоттың 50%-ын және фосфордың 90%-ын алып тастайтынын айтады. Анакостия су айдынын қалпына келтіру серіктестігінің мүшесі Мэриленд университетінің кампусынан ағып шыққан судың көп бөлігі Анакостия өзеніне құйылып, Чесапик шығанасына жетеді. Бұл зерттеу жаңбыр бақтарының суды жинау және сүзудің өте тиімді әдісі екенін көрсетіп, Чесапик шығанасының су айдынындағы басқаларды жаңбыр бақтарын енгізуге ынталандырады. Дэвис зерттеуі жаңбыр бақтарының сусындар, бактериялар, металдар, май және май сияқты ластағыштарды ұстап алуға және биодеградациялауға көмектесетінін көрсетті. Мэриленд университетінде талданған су сапасы жаңбыр бақтарынан өткеннен кейін судың мөлдірлігі айтарлықтай артқанын көрсетті. Мэриленд университетінің Жас балалар орталығында (CYC) Өсімдік ғылымы және ландшафт шаруашылығы кафедрасының студенттері жобалаған жаңбыр бақшасы бар. Бұл жаңбыр бақшасы CYC мұғалімдеріне болашақ студенттерді тұрақтылыққа тәрбиелеуге мүмкіндік береді.

Қытай

Қытайдың Сиань қаласындағы Технологиялық университетінде төрт жыл бойы бақылау және зерттеу мақсатында жаңбыр бағы салынды. Осы зерттеу көрсеткендей, төрт жыл ішінде Сиань қаласында 28 күшті дауыл болды. Осы 28 дауылдың ішінде жаңбыр бағы көптеген дауылдардан түскен жаңбырды тоқтатып қалуға қол жеткізді. Тек 5 дауыл ғана жаңбыр бағының артығын шайып жіберді. Қытайдың Сиань қаласындағы жартылай ылғалды, сарғыш топырақты аймақтағы жаңбыр бақтары – экологиялық зиянды азайтатын құрылыс нысандары.