Городская революция: как подружиться с водой?

Что, если активное накопление ливневых вод в городе и отказ от защитных сооружений — лучшая защита от наводнений? 

Человеческие культуры на протяжении тысячелетий развивались, адаптируясь к резким изменениям погодных условий. В итоге мы решили взять реванш и адаптировать среду под себя. Индустриальная революция привела нас к сегодняшнему дню. 

Хотя уже очевидно, что современные мегаполисы не выдерживают последствий изменения климата, за последние полвека мало что изменилось в методах градостроительства. Города утопают в осадках, а мы по-прежнему полагаемся на негибкую инфраструктуру с дренажными каналами, стальными трубами и бетонными стенами для защиты от наводнений. 

Может, пора перестать бороться с водой и попробовать с ней подружиться? Эта идея лежит в основе инновационной концепции городского планирования — под названием «город-губка». 

Скованные сталью и бетоном 

Современные города кошмарно устроены с точки зрения водообмена. С каждым годом они все больше зарастают асфальтом и бетоном, создающими водонепроницаемое покрытие. Сквозь такую герметичную поверхность вода просто не может уйти в землю. Для водоотведения предусмотрены специальные стоки, но вместимость канализации не безгранична: там еще должны помещаться наши ежедневные отходы. Во время аномальных ливней, которые проходят по планете все чаще, резервуары переполняются. Вода под давлением прорывается через узкое горлышко — и поток с удвоенной силой сметает городскую инфраструктуру, а заодно и всех, кто под руку попадется. 

Усугубляют ситуацию преграды на пути движения поверхностных и грунтовых вод, игнорирование естественного рельефа. Все потому, что частные строительные компании выбирают места для застройки без учета ландшафта — и это типичная история для России начиная с 1990-х годов.

Но и это еще не все: расширяясь, города и поселки захватывают новые территории. В том числе те, которые являются частью водоохранной зоны. Традиционно никто не строил жилища в поймах рек, оставляя им место для разлива. Даже если реки выходили из берегов, вода быстро впитывалась в почву и не причиняла никому ущерба. А теперь ей просто некуда деваться! 

Регулярно затапливаемые Сочи и Анапа, страдающая от ливней в последние годы Москва, постоянно подтопляемый Нижний Новгород — все они жертвы неправильной градостроительной политики. В густонаселенных городах только около 20% осадков проникает в почву.

Между тем, с каждым годом из-за глобального потепления дожди все усиливаются и становятся все менее предсказуемыми. За прошедшие два десятилетия нового века аномальные ливни и потопы (как и засуха с пожарами) стали привычным делом. Однако так было не всегда. Причина — нарастающий климатический кризис.

Как это ни парадоксально, наводнения сочетаются с глобальной нехваткой пресной воды. Запасы пресной воды на планете тают на глазах.

Дальше потребность в воде будет расти вместе с населением Земли, а кризис — усугубляться из-за таяния ледников, регулярных засух и наводнений, вызывающих загрязнения водоемов. Если текущие тенденции сохранятся, то за ближайшие 15 лет человечество перестанет закрывать 40% своих потребностей в пресной воде.

Полмиллиарда человек и так живет в регионах с постоянным дефицитом воды. Около четырех миллиардов человек сталкиваются с серьезной ее нехваткой, по крайней мере, один месяц в год. Получается, страдает уже половина населения Земли. Но мы продолжаем буквально сливать этот ценнейший ресурс в унитаз, загрязняя воду и отправляя ее в канализацию. 

Конечно, сточные воды затем проходят очистку и заново поступают в водопровод. Однако далеко не всегда им удается добраться до очистных сооружений: при сильных ливнях канализационная система переполняется, и стоки — фекалии, химикаты, тяжелые металлы, растворенные в дождевой воде — выплескиваются в грунт и в водоемы.

Получается абсурдно: вода потоками льется на нас с небес, но людям все равно ее не хватает. Есть и особенно странные места на Земле, вроде Мехико. Мехико-сити построен на месте озера, и к началу XXI века город постоянно затапливало, а при этом воды населению не хватало, поэтому в большинстве жилищ не было круглосуточного водоснабжения. Зато на улицах бедных кварталов регулярно разливались вонючие реки, а грунт проседал из-за неустойчивой почвы.

Столько проблем! Откуда же они берутся? Дело в том, что в городах нарушается естественный водный цикл. В природе все устроено целесообразно: солнце испаряет воду с поверхности земли и водоемов, с листьев растений; капли воды поднимаются в атмосферу и там собираются в облака; пресная вода из атмосферы проливается на землю осадками; осадки поглощаются почвой и растениями и наполняют водоемы. Вода из почвы также попадает в подземные реки: они питают водоемы на поверхности. А в городах вода не проходит этот круговорот. Не попадает в землю. Вместо этого переполняет трубы, по дороге загрязняется и в итоге отравляет окружающую среду. Города безжалостно выкачивают окрестные водоемы, а часто еще и лишают их источников подпитки, отрезая притоки или грунтовые воды. 

Настала пора как-то изменить эту систему, потому что устойчивость мегаполисов трещит по швам. И лучшие решения для создания благоприятной среды стоит брать у природы. 

Хьюстон, у нас решение!

Большую часть этих проблем способны решить деревья. Они регулируют климат и создают вокруг себя благоприятную среду.

Во-первых, деревья впитывают и испаряют воду. Впитывание воды из почвы решает проблему обильных осадков: воде есть, куда утечь. А испарение с листьев улучшает городской микроклимат. Посреди плотной застройки образуются так называемые «городские острова тепла» — места, где камень, кровля и бетон пышут жаром. Но как только там появляются деревья, становится намного уютнее. Дело не только в том, что они создают тень.

Во-вторых, корни деревьев удерживают и укрепляют грунт, спасая почву от разрушения. Благодаря этому она лучше впитывает воду и накапливает питательные вещества. Именно так деревья сами создают себе условия для жизни.

В-третьих, деревья подавляют шум. А шумовое загрязнение в городах очень интенсивно. Машины, самолеты, голоса, музыка, звуковая реклама, производственные предприятия, стройки… Крупные мегаполисы не замолкают ни днем, ни ночью. Между тем живые организмы чутко настроены на вибрации атмосферы и почвы: звуки дают нам информацию о процессах, которые протекают вокруг. И громкие неестественные звуки создают постоянный стресс, потому что тело бессознательно реагирует на них как на признак возможной опасности. Надо быть настороже! Это фоновое напряжение угнетает нервную систему горожан. Диким животным, до которых добирается городской шум, тоже приходится несладко: они вынуждены мигрировать и покидать привычные места обитания. Деревья смягчают этот эффект, потому что листва скрадывает звуки. 

Получается, жизнь в окружении деревьев становится намного приятнее и здоровее. И это доказано экспериментально: люди, живущие в зеленых районах, чувствуют себя счастливее и уравновешеннее и меньше совершают насильственных преступлений. Зелень помогает бороться с депрессией и апатией, снижает риск психических заболеваний. 

Но главная фишка деревьев — их способность противостоять изменению климата. Для них это естественно, как дыхание: точнее, это и есть их способ дыхания. В отличие от людей и животных, они впитывают из атмосферы углекислый газ, а выделяют в воздух кислород. По мере своего роста и развития деревья поглощают СО2 тоннами, очищая от него планету. И городские деревья делают это даже эффективнее, чем их сородичи родом из глубины леса. 

Это выяснили американские биохимики: они обнаружили, что деревья и почва на опушках леса и в городской черте поглощают больше углекислого газа, чем зелень вдали от цивилизации. Вероятно, из-за того, что у деревьев на опушках и в редколесье меньше конкуренции, они растут — и «запечатывают» углерод в своих стволах — примерно в два раза быстрее. А иссушенная городская почва выделяет в воздух меньше СО2, чем почва в сельской местности, потому что почвенные микробы действуют менее активно. Значит, городские посадки еще более эффективны в борьбе с парниковым эффектом, чем принято было думать — и это хорошие новости для человечества!

Деревья меняют город системно. Они балансируют микроклимат и создают среду обитания для других организмов, обеспечивая биоразнообразие. Можно сказать, деревья оказывают городу экосистемные услуги. В ответ им нужно всего ничего: пространство для роста и развития. Остальные условия они обеспечат себе сами.

Зеленая кровь

Деревья по натуре своей аристократы. Чтобы полноценно вырасти и приобрести влияние, им нужно довольно много земли. Можно освобождать пространство за счет пахотных земель — но это помешает выращивать пищевые культуры, а значит, увеличит цены на продовольствие. Плохой выход. 

Наилучшее решение — вписать деревья прямо в городской ландшафт. Но тут есть свои сложности.

Деревья плохо сочетаются с городской инфраструктурой и дорожным покрытием. Им нужен рыхлый корневой субстрат, чтобы растить крону. Если под землей не хватает пространства, корни ползут дальше, чтобы его найти. Нередко именно так появляются трещины в асфальте. А разросшиеся кроны могут помешать линиям электропередач. Чтобы не допустить разрушений, люди безжалостно кромсают деревья и огораживают их. Хотя растениям и так нелегко: часто почва оказывается слишком плотной и сухой для прорастающих корней, а вода слишком загрязненной. Из-за этого деревья останавливаются в развитии, заболевают и гибнут совсем юными, в 20–30 лет — даже для людей это не возраст! Зажатые деревья-недоростки с неполноценной кроной не так активно поглощают СО2 и влияют на микроклимат, как могли бы. Привычные решения типа чахлых городских аллей — это полумеры. Ни нашим, ни вашим. 

Что ж, в таком случае нужно выделить деревьям земельные участки и создать подходящие условия прямо в городе. Для этого мегаполисам тоже придется измениться, стать ближе к естественной среде, в которой деревья чувствуют себя комфортно.

Sponge cities 

На одной китайской ферме мальчик десяти лет шел вдоль реки, когда вдруг земля под его ногами провалилась: река вышла из берегов. Мальчика подхватил поток и унес бы, если бы он не ухватился за прочные корни деревьев, которые росли на берегу. Этот случай повлиял не только на дальнейшую судьбу мальчика, но и на весь остальной мир. 

Через много лет эта река обросла бетонными набережными: если бы такая ситуация приключилась сейчас, то мальчик бы утонул. Однако он выжил, обучился на ландшафтного дизайнера и получил звание профессора. Впечатленный тем происшествием, профессор Конгжан Ю (Ю — фамилия) в итоге занялся проблемой городских наводнений, которые давно одолевают Китай. Он тщательно изучал известные случаи, например, катастрофу в Чжэнчжоу с затоплением метро, и в итоге придумал оригинальное решение. Так родилась концепция sponge city — нового метода городского проектирования. Город должен не исторгать из себя воду, а впитывать ее, как губка! 

Конечно, ключевое место в этой разработке занимают деревья, корни которых удерживают почву и всасывают влагу. Сейчас этот тип городского ландшафта внедряется в десятках китайских городов. А Ю Конгжан получил мировое признание и премию Международной федерации ландшафтных архитекторов. Он считается одним из самых выдающихся китайских урбанистов и занимает пост декана колледжа архитектуры и ландшафта Пекинского университета.

Концепция «города-губки» — это метод городского планирования, который пытается воссоздать естественный круговорот воды в городах. Сейчас sponge cities являются частью всемирного движения, которое носит различные названия: зеленая инфраструктура в Европе, водочувствительный городской дизайн в Австралии, природная инфраструктура в Перу, природные решения в Канаде.

Обычное управление паводковыми водами часто включает в себя строительство труб или стоков для максимально быстрого отвода воды, укрепление берегов рек бетоном, чтобы они не переполнялись, и строительство дамб, преграждающих путь в город. А новый подход учитывает тенденцию воды задерживаться в таких местах, как водно-болотные угодья и поймы. Не нужно бояться воды и пытаться ее изгнать из нашего жилого пространства: лучше и выгоднее — сохранять ее естественными методами. Поэтому sponge city впитывает осадки и задерживает поверхностный сток. Подобно губке с множеством отверстий, город наполнен прудами и водохранилищами. 

Все водоемы окружены зелеными зонами, предотвращающими переполнение. Водно-болотные угодья в городской черте замедляют водные потоки, не дают им добраться до инфраструктуры. Стоки, ливневки, фасады, крыши высаживаются растениями, впитывающими и очищающими воду от токсинов и биологических отходов. Запрещается строительство в поймах и дельтах рек: им оставляют дополнительное пространство для разлива, тем самым предотвращая будущие катастрофы. Также важно увеличить подземные хранилища в канализационной системе, чтобы предотвратить переполнение. Вода может временно храниться в подземных бассейнах и каналах до ее подачи на очистные сооружения. 

С помощью озеленения домов, подземных гаражей и дренажных систем можно задержать от 50 до 100 процентов годового количества осадков. Озеленение фасадов с помощью вьющихся растений улучшает микроклимат в зданиях: не дает стенам перегреваться в жаркие дни и замерзать — в холодные. Многие европейские урбанисты также предлагают собирать дождевую воду с крыш в специальные контейнеры и подавать ее в трубопроводы для смыва в туалете или использовать для охлаждения зданий.

Необходимое условие для получения большего количества зелени — сохранение дождевой воды. Она поступает в подземную зону «города-губки», связывается с частицами почвы и таким образом хранится до того, как испарится с деревьев. Избыток воды уходит глубже или сливается по водооттокам. При этом загрязненная вода, стекающая с автомобильных трасс или парковок, очистится, пройдя через несколько слоев почвы. И даже не самая чистая вода, впитанная «губкой», впоследствии может использоваться для орошения и для пополнения водоносного горизонта.

Корни деревьев могут располагаться под асфальтированными участками, не нанося ущерба. Для этого сама дорожная система должна иметь подходящую конструкцию, которая отвечает как техническим требованиям дорожного строительства, так и «биологическим требованиям» деревьев. При проектировании сразу учитываются осадки: в конструкции предусмотрено место для хранения воды — это снижает нагрузку на систему каналов и ливневок и обеспечивает деревья влагой даже в засушливые периоды. 

Чтобы каркасная конструкция справлялась с нагрузками, создается система «пор» — это полости, которые позволяют воздуху и воде проникать и равномерно распределяться в почве. Мелкие поры удерживают воду ближе к поверхности — она остается частично доступной для растений — и позволяют корням городских деревьев дышать. 

Комплексное озеленение крыш и фасадов, улиц и площадей поможет смягчить последствия глобального потепления. Но только крупные деревья дают такой эффект: они отбрасывают широкую тень и охлаждают все вокруг за счет активного испарения воды с кроны.

Кроме того, зеленые крыши и фасады могут внести важный вклад в биоразнообразие города, если высаживать широкий ассортимент растений, а также могут значительно повысить качество общественных городских пространств. Тогда наши с вами дома станут еще и местом обитания для растений и животных, которые могут создать устойчивую экосистему.

Очередная утопия?

Климатологи нам пророчат еще более интенсивные и аномальные осадки. А справится ли «губчатый город» с такой нагрузкой? 

У ряда ученых все еще остаются сомнения, что эта концепция является универсальным ответом. Они считают, что sponge city хорошо работает при умеренных ливнях, но в экстремальных погодных условиях его нужно дополнять более классической инфраструктурой: бетонными стоками, трубами и дамбами. Однако фишка в том, что «губчатый город» должен справляться с любым наводнением. И эта устойчивость достигается за счет максимального приближения к природе, а не наоборот. 

В густонаселенных мегаполисах с плотной застройкой, где ценится каждый клочок земли, может быть трудно реализовать некоторые принципы «губчатого города», такие как предоставление земли для пойм. Часто реки уже застроены вдоль и поперек — что теперь, все сносить? Да и места под деревья многим жалко. Общественное пространство и так ограничено, и в первую очередь на него претендуют люди со своими повседневными нуждами. Хватит и одного парка на район, ведь жителям еще требуется новый торговый центр, храм и дополнительная спортплощадка!

Однако концепция sponge city учитывает и этот фактор. Деревья мы уже рассматривали: специальная конструкция создает им корневое пространство под асфальтом, не мешая традиционной городской застройке. Те, кто выдвигает такие возражения, не понимают саму суть концепции: это не освобождение места в центре города под просторные лесопарки, это взаимная адаптация существующего пространства и растений. Озеленение крыш, гаражей, фасадов и пустырей, наоборот, обогащает общественное пространство и делает его более приятным для глаз.

В австрийском городе Грац ландшафтные архитекторы высадили деревьями обычную улицу — и им вовсе не понадобилось для этого дополнительное место. Фишка заключалась в том, что каждому дереву обеспечили достаточное корневое пространство, не разрушая существующее дорожное покрытие. А с виду — аллея как аллея, только рядом с деревьями добавили озелененные инфильтрационные решетки, которые заодно очищают воду.

Что до водохранилищ и пойм — людям может быть трудно представить себе место для воды в населенном пункте, но это возможно. Начать следует с запрета на застройку защитных водно-болотных угодий и прибрежных мест обитания. В уже застроенных центрах городов вообще-то тоже есть место: здания там разрушаются намного чаще, чем люди предполагают. Вместо того, чтобы годами охранять заброшки, которые постепенно превращаются в пристанища наркоманов и свалки, можно озеленить или запрудить эти территории. Неиспользуемые промышленные объекты могут также предложить много места — часто прямо рядом с реками — нужно только предварительно очистить их от загрязнения. Если же в городе недавно произошло наводнение, и затоплены здания в водоохранной зоне — это отличная возможность для преобразования территории в абсорбирующий парк. 

В китайском городе Санья застройка и свалки вдоль реки были затоплены и вызвали крупное загрязнение. Власти города, руководствуясь принципом sponge city, очистили этот участок и разбили там парк водно-болотных угодий Донган. Дизайнеры вдохновлялись традиционными прудовыми системами в дельте Жемчужной реки. Острова, высаженные баньяновыми деревьями, окружены ожерельем из прудов и дамб. В парке есть несколько рекреационных зон, соединенных пешеходными коридорами. Здесь вода проходит очистку естественными растительными фильтрами, накапливается и подпитывает реку. Соседние с парком территории перестали заболачиваться, а жители наслаждаются новым общественным пространством.

Другие методы размещения воды в плотно застроенных городах включают в себя биосвалы (канавы, покрытые водолюбивыми растениями), инфильтрационные пруды, дождевые сады и просачивающиеся колодцы. Там, где высвободить пространство по тем или иным причинам нельзя, дизайнеры предлагают такие решения, как проницаемый тротуар и зеленые крыши, которые могут поглощать воду. Они реализованы на практике во многих немецких городах, включая Гамбург и Берлин. В Гамбурге активно озеленяют крыши и фасады зданий, применяют инфильтрационные покрытия, собирают дождевую воду и перенаправляют ее на подпитку городских парков.

Насколько дорого внедрить такие технологии? Безусловно, это зависит от конкретного мегаполиса, но в любом случае потребует немалых затрат. А с другой стороны, какие суммы уходят на восстановление инфраструктуры после ежегодных наводнений? Во многих странах усилия сейчас направлены на поддержание и починку старых дренажных систем — и это стоит миллионы. А ведь в долгосрочной перспективе эти деньги можно сэкономить, сразу адаптировав город к глобальному потеплению. Если заранее провести грамотные расчеты, то «город-губка» обойдется в несколько раз дешевле, чем традиционные решения. 

Пора уже учитывать будущее и делать ставку на долгосрочные меры! Пытаясь решить отдельно взятую проблему, человечество тут же наталкивается на следующую и все глубже погрязает в кризисе. Подход предыдущего столетия — исключить природу из цивилизации — себя не оправдал. Пришло время нового, экосистемного подхода. Чтобы адаптироваться к новому климату и обеспечить городам устойчивое будущее, нам нужно вернуть естественный круговорот воды.

Автор: Екатерина Доильницына