Биоинженерные сооружения как элемент управления поверхностным стоком городских территорий

Введение. В средствах массовой информации регулярно появляется информация о затоплениях улиц городов, являющихся следствием климатических изменений, несоответствия пропускной способности систем водоотведения возникающим расходам дождевого стока или полного их отсутствия. Предмет исследования — процессы управления поверхностным стоком: сбор, регулирование отведения в централизованные системы канализации, очистка и возврат в водные объекты. Цель исследования состоит в оптимизации процессов обращения с поверхностным стоком в условиях городской среды посредством устройства биоинженерных сооружений.

Материалы и методы. Проведен аналитический обзор нормативных документов, результатов научно-исследовательских работ и опытно-конструкторских разработок (отечественных и зарубежных) по проблеме управления поверхностным стоком, формирующимся в условиях городской среды. Проанализированы сведения об эффективности очистки стока на биоинженерных сооружениях с целью оценки возможности выпуска очищенного стока в водные объекты.

Результаты. К основным типам биоинженерных сооружений для управления поверхностным стоком относят: дождевые сады, озелененные кровли, гидроботанические площадки, биодренажные канавы. Объем вмещаемого стока такими сооружениями зависит от толщины почвогрунта, его состава, наличия или отсутствия дренажа. Эффективность очистки поверхностного стока в биоинженерных сооружениях по взвешенным веществам может составлять от 70 до 100 %,
эффективность снижения показателей БПК — от 67 до 98 %, ХПК — от 70 до 92 %, нефтепродуктов — от 40 до 100 %. Задействование поверхностного стока для непитьевого водоснабжения города позволяет сократить потребление воды из централизованной системы водоснабжения на 30–60 %.

Выводы. Следует принимать во внимание, что оценка эффективности биоинженерных сооружений в вопросах аккумулирования и очистки поверхностного стока должна устанавливаться индивидуально для каждого проектного решения для предотвращения негативного воздействия на окружающую среду.

1. Сиваев С.Б., Абдуллаев А.М., Смирнов О.О., Залян Э.С., Андреева Е.С., Летуновский А.В. и др. Ливневая канализация в современном городе. От тарификации до инфильтрации : монография. М. : Высшая школа экономики, 2023. 120 с. DOI: 10.17323/978-5-7598-2797-9. EDN QSWKWI.

2. Sezer N., Koç M. A comprehensive review on the state-of-the-art of piezoelectric energy harvesting // Nano Energy. 2021. Vol. 80. P. 105567. DOI: 10.1016/j.nanoen.2020.105567. EDN ELPQPL.

3. Zhang J., Li Ch., Zhang X., Zhao T. Improving simulations of extreme precipitation events in China by the CMIP6 global climate models through statistical downscaling // Atmospheric Research. 2024. Vol. 303. P. 107344. DOI: 10.1016/j.atmosres.2024.107344. EDN XFMAPA.

4. Глухова К.А., Лапшина Е.А. Современные технологии биоочистки поверхностных дождевых вод в структуре городской среды // Архитектура и дизайн: история, теория, инновации. 2022. № 6. С. 218–226. EDN BXJJFK.

5. Борисов А.В., Ельцов М.В., Удальцов С.Н., Бухонов А.В. Аридизация климата в пустынно-степной зоне: причины, формы проявления и влияние на жизнь древнего населения // Вестник Волгоградского государственного университета. Серия 4: История. Регионоведение. Международные отношения. 2018. Т. 23. № 3. С. 52–62. DOI: 10.15688/jvolsu4.2018.3.5. EDN XSQCMH.

6. Парфенова А.В., Дашкевич Л.В. Аридизация климата Ростовской области // Экология. Экономика. Информатика. Серия: Системный анализ и моделирование экономических и экологических систем. 2021. Т. 1. № 6. С. 131–138. DOI: 10.23885/2500-395X-2021-1-6-131-138. EDN GTZPBC.

7. Крашенинников А.В., Садковская О.Е. Градостроительная реконструкция малых и средних городов с учетом изменения климата // Sciences of Europe. 2017. № 18–2 (18). С. 3–12. EDN ZHMUSH.

8. Дьяконов К.Н., Пыленок П.И., Харитонова Т.И. Водный режим Окской поймы в условиях изменения климата как фактор ограничения природопользования // Вестник Московского университета. Серия 5: География. 2024. Т. 79. № 5. С. 162–170. DOI: 10.55959/MSU0579-9414.5.79.5.14. EDN GNLCEP.

9. Зайцев М.В., Шешнев А.С. Проблема изменения русла Волги у Саратова и попытки ее решения во второй половине XIX – начале XX века // Известия Российской академии наук. Серия географическая. 2022. Т. 86. № 5. С. 815–826. DOI: 10.31857/S2587556622050156. EDN TAJXHJ.

10. Болгов М.В., Беляев А.И. Водные проблемы Нижней Волги: основные факторы и компенсирующие мероприятия // Известия Российской академии наук. Серия географическая. 2023. Т. 87. № 6. С. 862–874. DOI: 10.31857/S2587556623060031. EDN EZEJWU.

11. Патент RU № 2020618130. Программа определения параметров ливней на основе метеорологических данных / Игнатчик В.С., Игнатчик С.Ю., Саркисов С.В. и др.; заявл. № 2020617168 от 13.07.2020; опубл. 20.07.2020. Бюл. № 7. 1 с.

12. Патент RU № 2020618130. Программа «Поток 2020» для автоматизированного расчета систем сброса и отведения поверхностного стока с селитебных территорий и площадок предприятия, а также для автоматизированного расчета производительности насосной станции для перекачки поверхностного стока в расчетном сечении / Тингушова Е.А., Сухарева Л.Е., Ефимова М.Ю. и др.; заявл. № 2020617203 от 07.07.2020; опубл. 20.07.2020. Бюл. № 7. 1 с.

13. Yuan Yu., Zheng Ya., Zhai J., Huang X., Yao M., Shi J. How does the sponge city pilot policy affect the urban water system climate resilience: Quasi-experimental evidence from China // Urban Climate. 2025. Vol. 64. P. 102643. DOI: 10.1016/j.uclim.2025.102643. EDN MAGPOP.

14. Алтунин Г.В. Дождевые сады как часть экологической и инженерной системы города // Архитектурные исследования. 2024. № 1 (37). С. 99–105. EDN OQFJQO.

15. Дубино А.М. Зарубежный опыт включения водно-зеленого каркаса в градостроительную документацию // Архитектура и современные информационные технологии. 2025. № 3 (72). С. 275–292. DOI: 10.24412/1998-4839-2025-3-275-292. EDN TAMVUU.

16. Дубино А.М., Перькова М.В. Анализ зарубежного опыта водосберегающего проектирования городских территорий // Техническая эстетика и дизайн-исследования. 2021. Т. 3. № 3. С. 24–33. DOI: 10.34031/2687-0878-2021-3-3-24-33. EDN VNQDVY.

17. Харитонов А.С., Франкив Е.Е. Концепция «город-губка». Адаптация ливневой канализации к изменениям климата // Наилучшие доступные технологии водоснабжения и водоотведения. 2025. № S1. С. 186–194. EDN XLDTUH.

18. Chen Ch.F., Chen Yi.W., Lin Ch.H., Lin J.Ya. Field performance of 15 rain gardens in different cities in Taiwan // Science of The Total Environment. 2024. Vol. 947. P. 174545. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2024.174545. EDN OQKOUQ.

19. Li J., Liu F., Li Ya. Simulation and design optimization of rain gardens via DRAINMOD and response surface methodology // Journal of Hydrology. 2020. Vol. 585. P. 124788. DOI: 10.1016/j.jhydrol.2020.124788. EDN FTRIBB.

20. Croce S., Vettorato D. Urban surface uses for climate resilient and sustainable cities: A catalogue of solutions // Sustainable Cities and Society. 2021. Vol. 75. P. 103313. DOI: 10.1016/j.scs.2021.103313. EDN UKQGBR.

21. Шонина Н.А. Зеленая крыша каменных джунглей // Сантехника. 2011. № 6.

22. Petreje M., Sněhota M., Chorazy T., Novotný M., Rybová B., Hečková P. Performance study of an innovative concept of hybrid constructed wetland-extensive green roof with growing media amended with recycled materials // Journal of Environmental Management. 2023. Vol. 331. P. 117151. DOI: 10.1016/j.jenvman.2022.117151. EDN FZYKJW.

23. Яковлев С.В., Воронов Ю.В. Водоотведение и очистка сточных вод : учебное пособие. М. : Издательство АСВ, 2002. 704 с. EDN TBDTVL.

24. Щеголькова Н.М., Диас В., Криксунов Е.А., Рыбка К.Ю. Фито-системы для очистки сточных вод: современное решение экологических проблем // Наилучшие доступные технологии водоснабжения и водоотведения. 2015. № 2. С. 50–59. EDN XRHNMH.

25. Витюк Е.Ю. Биодренажные канавы и дождевые сады как инструмент благоустройства современного города // Архитектон: Известия вузов. 2022. № 3 (79). DOI: 10.47055/1990-4126-2022-3(79)-11. EDN RUDKSF.

26. Патент RU № 2791881. Биофильтрационный модуль для очистки поверхностного стока и способ его работы / Саянов А.А., Щукин И.С.; заявл. № 2022115145 от 08.07.2022; опубл. 14.03.2023. Бюл. № 8. 14 с.

27. Графкина М.В., Витковский Д.В. Некоторые аспекты проектирования фитоочистных сооружений // Управление техносферой. 2023. Т. 6. № 2. С. 158–169. DOI: 10.34828/UdSU.2023.72.29.003. EDN UMQMGR.

28. Брешиани Р. Фитоочистка как инновационный метод водоочистки // Вестник МГСУ. 2019. Т. 14. № 7. С. 885–900. DOI: 10.22227/1997-0935.2019.7.885-900. EDN UBHFBA.

29. Зайкова Е.Ю., Феофанова С.С. Зеленая инфраструктура как инструмент управления ливневыми водами // Вестник МГСУ. 2022. Т. 17. № 11. С. 1429–1452. DOI: 10.22227/1997-0935.2022.11.1429-1452. EDN AIPUNV.

30. Дергунова А.В., Пиксайкина А.А. Применение пористых тротуаров в создании инфраструктуры городской среды // Вестник МГСУ. 2018. Т. 13. № 12 (123). С. 1440–1447. DOI: 10.22227/1997-0935.2018.12.1440-1447. EDN YTATFJ.

31. Маткин А.А., Бикбау М.Я. Дренирующий бетон КАПСИМЭТ и новое оборудование для строительства дорог и инженерных сооружений // Строительные материалы. 2022. № 5. С. 45–51. DOI: 10.31659/0585-430X-2022-802-5-45-51. EDN ZCTACI.

32. Santos C., Taveira-Pinto F. Analysis of different criteria to size rainwater storage tanks using detailed methods // Resources, Conservation and Recycling. 2013. Vol. 71. Pp. 1–6. DOI: 10.1016/j.resconrec.2012.11.004