KONTROLA OTICAJA I ZAGAĐENJA – NOVI IZAZOVI ODVODNJAVANJA 

URBANIH SREDINA –

Dr Aleksandar Đukić*, Doc. dr Branislava Lekić**, Prof. dr Dušan Prodanović**

* Institut za vodoprivredu "Jaroslav Černi", Beograd** Građevinski fakultet Univerziteta u Beogradu

1

RAZVOJ VODOSNABDEVANJA I KANALISANJA NASELJA 

a) Individualno vodosnabdevanje i odlaganje otpadnih voda.

b) Kolektivni sistemi vodosnabdevanja, individualno odlaganje otpadnih voda.

c) Kolektivni sistemi vodosnabdevanja, decentralizovano sakupljanje i ispuštanje otpadnih voda (u najbliži recipijent). 

U XIX veku, tokom industrijske revolucije dolazi do nagle urbanizacije i porasta broja stanovnika u gradovima. Zbog čestih izbijanja hidričnih epidemija u gradovima zbog neadekvatne sanitacije i otkrića u biologiji i medicini koja su ukazivala na štetnost otpadnih voda i njihove sposobnosti da šire uzročnike bolesti ...

d) Kanalisanje u zatvorenim ukopanim kanalima

e) Kanalisanje komunalnih i atmosferskih voda odvojenim sistemima

Izvor: J.Despotovic, Kanalisanje Kisnih voda, GFB, 2009 2

3

ODVOĐENJE KIŠNIH VODA‐ konvencionalni metod ‐

Zadatak odvođenja kišnih voda je zaštita naselja od plavljanja unutrašnjim vodama.

Odbrana od plavljanja se radi za određeni povratni period kiše (T), koji zavisi od vrste i vrednosti imovine koja se brani. 

Preporuke:

• kišna kanalizacija (separacioni sistem) kiša T=2 ili više godina

• opšti sistem kanalizacije T = 5 ili više godina. 

Treba voditi računa da se obezbedi odgovarajuća nivleacija saobraćajnica, torotora, veze oluka i kanalizacije, kao i neophodan broj slivnika da bi se obezbedilo pravilno zahvatanje kišnice sa površine i njeno uvođenje u kanalizaciju.

U konvencionalnoj gravitacionoj kanalizaicji svaki slivnik može se smatrati za direktan izliv u vodoprijemnik, jer se u konvencionalnoj kišnoj kanalizaciji zahvaćana kišnica direktno sprovodi i izliva u vodoprijemnike/vodotoke. 

4

Zaštita od unutrašnjih voda je jedan od glavnih problema urbanih sredina. 

Aspekt količinaoticaja

Aspekt kvalitetaoticaja

ODVOĐENJE KIŠNIH VODA

5

6

AKUMULISANJE I SPIRANJE ZAGAĐENJA SA URBANIH POVRŠINA

Kišno vreme (spiranje zagađenja)

Vreme bez padavina(akumulisanje zagađenja)

Vreme

Mas

a za

gađe

nja

na p

ovrš

ini

Kišno vreme (spiranje zagađenja)

Vreme bez padavina(akumulisanje zagađenja)

Vreme

Mas

a za

gađe

nja

na p

ovrš

ini

Akumulisanje zagađenja odvija se u periodima bez padavina čime se  povećava masa materija sakupljenih na površini. 

Spiranje zagađenja se odvija tokom padavina gde se deo akumulisanih materija sa površine odnosi površinskim oticajem.

6

UTICAJI URBANIZACIJE NA KIŠNI OTICAJ

Sa porastom stepena urbanizacije povećava se udeo neporpusnih površina što dovodi do povećanja količinekišnog oticaja se povećavajudok se kvalitet pogoršava

Sistemi za odvodjenje kisnih voda kao deo kompleksnih urbanih sredina‐Iskustva iz Australije (Ana Deletić, 2012) 7

UTICAJI URBANIZACIJE NA KIŠNI OTICAJ

KOLIČINE

Porast direktnog oticaja ogleda se kako u povećanju maksimalnog proticaja otekle vode tako i povećanja zapremine otekle vode;

Tok vode po površini vode se ubrzava što vodi ka skraćenju vremena koncentracije sliva. 

30% evapotranspiracija

40% evapotranspiracija

10% direktan oticaj

55% direktan oticaj

25% plitka infiltracija

10% plitka infiltracija

25% duboka infiltracija

5% duboka infiltracija

Prirodno vodopropusno zemljište

Zemljište 75%‐100% vodonepropusnosti 

8

UTICAJI URBANIZACIJE NA KIŠNI OTICAJ

KOLIČINE ‐ PROTICAJI (povećanje rizici od poplava)

Maksimalni otic

aji [m3/s]

Povratni period [godine]

Pre urbanizacije

20% nepropusno

40% nepropusno

60% nepropusno

9

UTICAJI URBANIZACIJE NA KIŠNI OTICAJ

KVALITETSedimentiSedimenti

Organske materije Organske materije 

NutrijentiNutrijenti

Ulja i mastiUlja i masti

Teški metali(Zn, Pb, Cu , itd.)Teški metali(Zn, Pb, Cu , itd.)

MikroorganizmiMikroorganizmi

Otpad Otpad 

Zagađenja prisutna u kišnom oticaju potiču od spiranja materija sa površine terena. Ove materije mogu poticati iz:

samog zemljišta odnosno materijala na površini terena, 

od tečnih i čvrstih materija koje su izlivene ili nanete na površinu terena, 

atmosfere, odakle su se istaložile na površinu terena. 

Svi tipovi i izvori zagađenja u atmosferskim otpadnim vodama su DIFUZNI i kao takve ih je teško kontrolisati.

10

KVALITET KIŠNOG OTICAJA

Istraživanja kvaliteta kišnog oticaja ukazuju na prisustvo:

organske, biodegradabilne materije (BPK5)u niskim koncentracijamau oticaju sa nepropusnih povšina, viša koncentracija u oticaju sa zelenih povšina;

suspendovane materije su prisutne u značajnim koncentracijama, koncentracija zavisi od korišćenja zemljišta na slivu i karakteristika kiše(intenzitet, trajanje);

teški metali (Cu, Pb, Cd, Ni, Cr, Zn) su prisutni u širokom opsegukoncentracija koja zavisi od načina korišćenja zemljišta na slivu iintenziteta saobraćaja;

ulja i masti su samo povremeno prisutna i njihovo prisustvo je pokazatelj akcidentnih zagađenja;

N i P (nutrijenti) prisutna ako postoji veće spiranje sa zemljita. 

druga specifična zagađenja u zavisnosti od niza faktora 11

UTICAJ KIŠNOG OTICAJA IZ URBANIH SREDINA NA VODOPRIJEMNIKE

Povećani protoci dovode do gubljenja staništa vodenihorganizama

Pokretanje sedimenta u koritima dovodi do gubitka staništa 

Zagađena voda (sedimenti, metali, i dr.) može biti toksicna po živi svet

Nutrijenti mogu da dovedu do pojave cvetanja algi u stajaćim vodama

12

PRISTUP: SIMULTANA KONTORLA KOLIČINA I KVALITETA OTICAJA

Objekti i tehnike koje će se koristiti se hijerarhiskih mogu grupisati na sledeći način (Woods‐Ballard i sar. 2007):

Prevencija – podrazumeva sprečavanje pojave oticaja, odnosno njegovo prikupljanje i sprečavanje dospevanja u sam sistem za odvođenje oticaja. Ta voda se može koristiti kao tehnička voda. 

Kontrola na mestu nastanka – podrazumeva upotrebu različitih tehnika za kontrolu količina ali i kvaliteta oticaja na uzvodnim delovima sliva(infiltracija, zadržavanje, zeleni krovovi itd.)

Kontrola na samom slivu – podrazumeva mere za prikupljanje i zadržavanje oticaja na lokalnom slivu.

Regionalana kontrola – prikupljanje i kontrola oticaja sa više manjih urbanih slivova iz prethdnog koraka.

NOVI PRISTUP ‐ KONTROLA KIŠNOG OTICAJA

13

ZADACI INOVATIVNIH SISTEMA ZA ODVOĐENJE KIŠNIH VODA IZ URBANIH SREDINA

Smanjenje direktnog oticaja, čime se umanjuje rizik od poplava, Povećano prihranjivanje podzemnih voda (ukoliko je to moguće), Poboljšanje kvaliteta kišnog oticaja smanjenjem koncentracije prisutnog 

zagađenja, čime se smanjuje negativan uticaj na recipijent, Ublaženje posledica po životnu sredinu i recipijent, u slučaju nezgoda i 

prosipanja većih količina zagađujućih materija, Opšte poboljšanje životne sredine, porast estetske i materijalne vrednosti, Formiranje prirodnog stanište za divlji svet u urbanim sredinama.

ZADATAK SISTEMA ZA KONTROLU KIŠNOG OTICAJA JE DA UMANJI PROMENE HIDROLOŠKOG REŽIMA OTICAJA I KVALITETA KIŠNOG OTICAJA USLED 

URBANIZACIJE14

KONTROLA KVALITETA OTEKLE VODE

MEHANIZMI PREČIŠĆAVANJA ZA RAZLIČITE KATEGORIJE ZAGAĐENJA

ZAGAĐENJE MEHANIZAM PREČIŠĆAVANJA

Nutrijenti: fosfor, azot Taloženje, biodegradacija, precipitacija, denitrifikacija

Sedimenti: Suspendovane materije Taloženje, filtracijaUgljovodonici Biodegradacija, fotoliza, filtracija, adsorpcijaMetali: olovo, bakar, kadmijum, živa, cink, hrom, aluminijum

Taloženje, adsorpcija, filtracija, precipitacija, upijanje od biljaka

Pesticidi Biodegradacija, adsorpcija, isparavanjeHloridi PrevencijaCijanidi Isparavanje, fotolizaOtpad Fizičko uklanjanje - redovno održavanjeOrganske materije Taloženje, filtracija, biodegradacija

15

KONTROLA KOLIČINA OTEKLE VODE

INFILTRACIJA (Infiltracija)

16

KONTROLA KOLIČINA OTEKLE VODE

ZADRŽAVANJE VODE (Detention)

17

KONTROLA KOLIČINA OTEKLE VODE

PRENOS KOLIČINA VODE

18

PRIMER MODIFIKOVANIH SLIVNIKA

ZAM-WSUD Handbook

Manningham City Council, Melbourne Water, the‚Co-operative Research Centre for Water Sensitive Cities, Monash Water for Liveability Centre and the City of Glen Eira.

Australia, 2015

KONTROLA KOLIČINA OTEKLE VODE

19

PREGLED INOVATIVINIH METODA ZA KANALISANJE I TRETMAN KIŠNIH VODA U URBANIM SREDINAMA

ROVOVI (Trenches)

Infiltracioni rov Filtracioni rov20

PREGLED INOVATIVINIH METODA ZA KANALISANJE I TRETMAN KIŠNIH VODA U URBANIM SREDINAMA

ZATRAVNJENI KANALI (Swales)

21

PREGLED INOVATIVINIH METODA ZA KANALISANJE I TRETMAN KIŠNIH VODA U URBANIM SREDINAMA

BIORETENZIJE, BIOFILTERI  (Bioretention, biofilters)

22

PREGLED INOVATIVINIH METODA ZA KANALISANJE I TRETMAN KIŠNIH VODA U URBANIM SREDINAMA

INFILTRACIONI BAZENI (Infiltration basins)

ДотокЗаштита од ерозије

Инфилтрација

Приступни пут са рампом

Вентил

Евакуациона цев/одржавање

Заштита од ерозије

Прелив

Инфилтрација

RETENZIONI BAZENI (Detention basins)

23

PREGLED INOVATIVNIH METODA ZA KANALISANJE I TRETMAN KIŠNIH VODA U URBANIM SREDINAMA

JEZERA (Ponds)

KIŠNA POLJA‐LAGUNE (Stromwater wetlands)

24

IZBOR METODA

Kriterijumi za izbormogu biti: hidraulički, kvalitet vode, ostale dobiti, i ekološkikriterijumi, a mora se voditi računa i o nivou zaštite od poplava, održivosti, investicijama i godišnjim troškovima

U Srbiji nije usvojen ni pristup ni odgovarajuća zakonska regulativa

U novim (planiranim) naseljima treba primenjivati pun set mera kontrole oticaja, odnosno decentralizovanih lokalnih sistema 

U postojećim naseljima, mogućnosti primene mera za kontrolu oticaja su ograničene – prilagođavanje konkretnim uslovima

Dugoročno gledano, okvir za uspostavljanje integralnih rešenja u ovoj oblasti u R. Srbiji će biti obezbeđen kroz primenu procedure koju propisuje Okvirna direktiva o 

vodama EU, odnosno kroz izradu i sprovođenje Plana upravljanja slivovima, deo posvećen kontroli rasutih izvora zagađenja.

25

A. Deletic, 2015

IZBOR METODA

26

Socialne i institucionalne prepreke u izgradnji ekoloških gradova

o Nedostatak zajedničkog društvenog cilja

o Institucionalna rascepkanost

o Nedefinisana odgovornost (institucija i građana)

o Ograničeni politički i privredni podsticaji

o Zavisnost od postojećih tehnoloških rešenja

o Slabo zalaganje od strane institucija

o Slabo učešće građana u procesu prihvatanja novoga, i

o Nedostatak iskustva u upravljanju integrisanim sistemima

Brown et al. 2009.

Eksperimentalni sliv GFBkao deo naučnog projekta TR37010: Sistemi za odvođenje kišnih voda kao 

deo urbane i saobraćajne infrastrukture

28

Predviđeno je ispitivanje mogućnosti smanjenja količine oticaja i poboljšanje njegovog kvaliteta pre ispuštanja. Sliv se sastoji od dve vrste nepropusnih površina   parkinga (asfalt, beton i kamena kocka),  krovne površine (metalni krov),mali udeo travnatih površina.

Za kontrolu oticaja izabran je metod infiltracije uz prethodnu gravitacionu separaciju (kontrola kvaliteta oticaja pre infiltracije)

Eksperimentalni sliv GFB

29

Realizacija eksperimentalnog sliva započeta 2012.(u okviru projekta Ministarstva nauke TR37010) 

30

31

32

33

Subotica

Eksperimentalni slivovi u regionu

Rijeka (HR)

REZULTATI ISPITIVANJA (eksp. sliv GFB)

Ispitivanje akumulisanja zagađenja

0

10

20

30

40

50

60

0 2 4 6 8 10 12

Dan i

Mas

a po

jed.

po

vrši

ne (k

g/ha

)

HPK (a)

HPK (b)

POW (a)

POW (b)

EXP (a)

EXP (b)

SAT (a)

SAT (b)

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

0 2 4 6 8 10 12

Dani

Mas

a p

o je

d. p

ovrš

ine

(kg/

ha)

TSS (a)

TSS (b)

POW (a)

POW (b)

EXP (a)

EXP (b)

SAT (a)

SAT (b)

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0 2 4 6 8 10 12

Dani

Mas

a p

o je

d. p

ovrš

ine

(kg/

ha)

TN (a)

TN (b)

POW (a)

POW (b)

EXP (a)

EXP (b)

SAT (a)

SAT (b)

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0 2 4 6 8 10 12

Dani

Mas

a po

jed.

pov

ršin

e (k

g/ha

)TP (a)

TP (b)

POW (a)

POW (b)

EXP (a)

EXP (b)

SAT (a)

SAT (b)

FunkcijeEXP,POW,SAT

a – asfalt

b - beton

34

REZULTATI ISPITIVANJA  (eksp. sliv GFB) Ispitivanje priraštaja zagađenja

Bruto i neto dnevni priraštaj (kg/ha/dan)HPK i TSS na asfaltu

Bruto i neto dnevni priraštaj (kg/ha/dan)TN, TP i Zn na asfaltu i na betonu

35

36

PRIMENA RAČUNARAMODELIRANJE EMISIJE ZAGAĐENJA KIŠNOG OTICAJA SA URBANIH SLIVOVA

Model je aproksimacija realnosti koji u sebi uključuje uzročno‐posledične relacije. 

Model se definiše kao skupmatematičkih formulacija kojimase opisuju procesi u razmatranom sistemu. 

Modeliranjem se dolazi do odgovora na pitanja o radu i stanjuanaliziranog sistema na kvantitativan način. 

36

37

MODELIRANJE OTICAJA I EMISIJE ZAGAĐENJA

Modeliranje eksperimentalnog sliva FORMIRANJE 1,5D MODELA ‐ METODOLOGIJA

Na osnovu detaljno snimljenih tačaka, formira se digitalni model terena (TIN).

Formiranje granate mrežeprivilegovanih površinskih tokova koji usmeravaju vodu prema izlivima.

Cela površina se deli na: Čvorove, 

Deonice – stranice TIN (otvoreni kanali),

Slivne površine čvora (Tisenov poligon). 

37

38

MODELIRANJE OTICAJA I EMISIJE ZAGAĐENJA

FORMIRANJE 1,5 D MODELA 

Rezultat primene algoritma za formiranje slivnih površina i mreže površinskih tokova 

- Slivnik (izlaz sa podsliva)sa numerickom oznakom izSWMM modela1551

1552

1553

1554

1553 - Slivnik (izlaz sa podsliva)sa numerickom oznakom izSWMM modela1551

1552

1553

1554

1553

Model obuhvata 1762,5 m2 nepro‐pusnih površina (asfalt i beton), ukupno četiri podsliva Sl‐2, Sl‐3, Sl‐4 i Sl‐5. 

Analizirana površina je podeljena na ukupno 359 podslivnih površina, koje su povezane sa ukupno 358 veza. Veze su modelirane kao otvoreni plitki kanali trougaonog poprečnog preseka.

Modeliranje zagađenja: HPK, TSS, TN, TP, Fe, Zn, Cr i Cu.

1,5D MODEL eksperimentalnog sliva

38

39

REZULTATI ISPITIVANJA  (eksp. sliv GFB) Modeliranje oticaja i emisije zagađenja – PRIMER REZULTATA

UTICAJ TRAJANJA I INTENZITETA KIŠE Izvršene serije proračuna sa i = const. ili t = const.

Za intenzitet i = 0,5 mm/min najveći deo zagađenja se spira za 20‐30 minuta Za kišu t = 20 min, maksimum spiranja se dostiže za i = 0,6 – 0,7 mm/min

0,0

2,0

4,0

6,0

8,0

10,0

12,0

14,0

16,0

0 20 40 60 80 100 120

Trajanje kiše (min)

Mas

a pa

ram

etra

(kg)

HPK otekloTSS otekloTSS preostaloHPK preostalo

0,0

2,0

4,0

6,0

8,0

10,0

12,0

14,0

16,0

0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1

Intenzitet kiše (mm/min)

Mas

a pa

ram

etra

(kg)

HPK otekloTSS otekloTSS preostaloHPK preostalo

Trajanje kiše: 20 min

39

40

Velika prostorna i vremenska promenljivost svih parametara padavina i oticaja  Uvođenjegraničnih vrednosti emisije zagađenja za kišni oticajnije opravdano i praktično primenjivo u praksi. 

Opšti cilj: smanjenje negativnih uticaja od ljudskihaktivnosti. 

Akumulacija zagađenja na urbanim površinama se odvija tokom sušnog perioda i teži zasićenju.

Vrsta i tip zagađenja koja se akumulišu na urbanim površinama zavise of načina korišćenja te površine, kvaliteta vazduha, karakteristika površine i niz drugih parametara specifičnih za razmatranu oblast

Količina zagađenja koja se spira padavinama može biti veoma značajna i ima akutne i hronične efektena vodoprijemnike

ZAKLJUČCI 

40

41

ZAKLJUČCI  Kako emisija zagađenja prvenstveno zavisi od 

visine kiše, mere moraju biti usmerene kasmanjenju oticaja i kontroli kvaliteta oticaja od kiše određene ukupne visine padavina. Namećuse sistemi za simultanu kontrolu količina ikvaliteta oticaja, jer se tako smanjuju izmeneprirodnog hidrološkog režima usled urbanizacije. 

Protiv akutnih efekata od oticaja sa urbanih površina treba se boriti prevencijom i akcionimplanovima pri akcidentima. 

Hronični efekti zagađenja nose rizik od nedostizanja propisanog statusa vodnog tela. Analiza dugoročnih efekata traži odgovarajućimonitoring i uvođenje u praksu dodatnihistraživanja. 

41

42

ZAHVALNICA

Istraživanja su finansirana iz Projekata ТR37010  i TR37009 Ministarstva prosvete, nauke i tehnološkog razvoja R. Srbije

Laboratorijska ispitivanja su vršena u: Univerzitet u Beogradu – Građevinski fakultet, Univerzitet u Beogradu – Tehnološko‐metalurški fakultet, Univerzitet u Novom Sadu – Tehnološki fakultet, Laboratorija Anahem, Beograd.

KONTROLA OTICAJA I ZAGAĐENJA – NOVI IZAZOVI ODVODNJAVANJA URBANIH SREDINA

Dr Aleksandar Đukić, Doc. dr Branislava Lekić, Prof. dr Dušan Prodanović

43