Διερεύνηση και τεχνικές βέλτιστης διαχείρισης της ρύπανσης των υδάτινων σωμάτων από τις αστικές απορροές ομβρίων:
Creators: name: Γριβάκη, Γεωργία Ελευθερίου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2010
Subjects: Αστικές απορροές
Τεχνικές βέλτιστης διαχείρισης
Ρύπανση των υδάτινων αποδεκτών
Urban runoff
Best management practices
Receiving water pollution

description: Η παρούσα μεταπτυχιακή διατριβή με τίτλο «Διερεύνηση και τεχνικές βέλτιστης διαχείρισης της ρύπανσης των υδάτινων σωμάτων από τις αστικές απορροές ομβρίων» πραγματοποιήθηκε στα πλαίσια του Προγράμματος Μεταπτυχιακών Σπουδών, «Τεχνικές και Μέθοδοι στην Ανάλυση, Σχεδιασμό και Διαχείριση του Χώρου» στην κατεύθυνση «Οργάνωση και διαχείριση πόρων και έργων ανάπτυξης» του Τμήματος Αγρονόμων και Τοπογράφων Μηχανικών, της Πολυτεχνικής Σχολής, του Αριστοτελείου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης. Η διατριβή ολοκληρώθηκε με επιβλέποντα τον Καθηγητή του Τμήματος Αγρονόμων και Τοπογράφων Μηχανικών κ. Σταύρο Γιαννόπουλο. Αντικείμενο της παρούσας μεταπτυχιακής διατριβής είναι η διερεύνηση της ρύπανσης των υδάτινων σωμάτων από τις απορροές ομβρίων του αστικού περιβάλλοντος, η εξέταση των μέτρων διαχείρισης για την αντιμετώπιση της ρύπανσης των σωμάτων αυτών, του ισχύοντος νομοθετικού πλαισίου στην Ευρώπη και στην Ελλάδα και η διατύπωση προτάσεων για τον μετριασμό των επιπτώσεων στην περιβάλλον. Στο πρώτο κεφάλαιο, αναπτύσσεται το θέμα της ρύπανσης των υδάτων, δίνεται ο ορισμός της ρύπανσης και παρατίθενται γενικές πληροφορίες που αφορούν στο θέμα και συγκεκριμένα, παρουσιάζονται, οι κύριοι ρύποι των υδατικών οικοσυστημάτων, οι κατηγορίες των πηγών της ρύπανσης (σημειακές και διάχυτες ή μη σημειακές), η διαχρονική εξέλιξη της ρύπανσης των υδατικών πόρων και οι επιπτώσεις της ρύπανσης των υδάτινων σωμάτων. Σημειώνεται ότι, οι αστικές απορροές ομβρίων, που αποτελούν αντικείμενο ανάλυσης της παρούσας μεταπτυχιακής διατριβής, συγκαταλέγονται στις μη σημειακές πηγές ρύπανσης. Στο Κεφάλαιο 2 εξετάζονται οι επιπτώσεις της αστικοποίησης στις πλημμύρες του αστικού περιβάλλοντος, αναλύεται η σχέση αστικοποίησης – αδιαπερα-τότητας, καθώς και η υδρολογική σημασία της αστικοποίησης. Στο Κεφάλαιο 3 γίνεται η ανάλυση των ποιοτικών χαρακτηριστικών των αστικών απορροών. Συγκεκριμένα, παρουσιάζονται οι σημαντικότερες πηγές των ρύπων των αστικών απορροών, στις οποίες συγκαταλέγονται: (α) η διαδικασία των ατμοσφαιρικών αναποθέσεων, (β) τα μηχανοκίνητα οχήματα, (γ) οι αδιαπέρατες επιφάνειες και οι στέγες των κτιρίων, (δ) το λιώσιμο του χιονιού, (ε) οι χώροι πρασίνου και (στ) τα εργοτάξια. Επίσης, παρουσιάζονται οι ρύποι που εντοπίζονται στις αστικές απορροές και αναφέρονται στοιχεία για την προέλευσή τους. Στους ρύπους των αστικών απορροών που περιγράφονται, συμπεριλαμβάνονται τα ιζήματα, τα θρεπτικά στοιχεία (αζωτούχα και φωσφορούχα), τα χλωρίδια, τα μέταλλα, οι πετρελαϊκοί υδρογονάνθρακες, η μικροβιακή ρύπανση, οι οργανικές ενώσεις και τα σκουπίδια. Επειδή, το είδος και η ποσότητα των ρύπων που εντοπίζονται στις αστικές απορροές διαφέρουν από περιοχή σε περιοχή και εξαρτώνται από τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά και τις χρήσεις γης της καθεμίας από αυτές, αναλύεται η σχέση ρύπων-χρήσεων γης. Στο Κεφάλαιο 3, στο οποίο εξετάζονται οι αστικές απορροές και τα ποιοτικά τους χαρακτηριστικά, αναλύεται ο όρος «πρώτη απορροή» (“first flush”) και παρουσιάζονται διάφοροι ορισμοί που συναντούνται στη διεθνή βιβλιογραφία. Επίσης, δίνεται μια λίστα από επιλεγμένους ρύπους που έχει συνταχθεί στα πλαίσια του προγράμματος “Day Water”, που αποτελείται από 25 ρύπους για τους οποίους δίνονται κάποιες βασικές πληροφορίες σχετικά με την προέλευση τους. Επίσης, παρουσιάζονται τα αποτελέσματα από σχετικές έρευνες που έχουν γίνει σε διάφορες ευρωπαϊκές πόλεις και στην Ελλάδα σχετικά με τα ποιοτικά χαρακτηριστικά των αστικών απορροών ομβρίων. Συγκεκριμένα δίνονται πληροφορίες για την πόλη της Ξάνθης, το Παρίσι, τη Γένοβα, το ζωολογικό κήπο της Wuhan στην Κίνα και την πόλη Isfahan του Ιράν. Στο κεφάλαιο 4 παρουσιάζονται τα διάφορα μαθηματικά μοντέλα προσο-μείωσης της ποιότητας των αστικών απορροών. Πραγματοποιείται αναλυτική αναφορά στα εν λόγω μαθηματικά μοντέλα και συγκεκριμένα, παρουσιάζονται τα βασικά τους στοιχεία, η ταξινόμησή τους, οι κύριες μαθηματικές σχέσεις που συμπεριλαμβάνουν και τα πιό συνήθη πακέτα λογισμικού που χρησιμο-ποιούνται διεθνώς για την εκτίμηση της ποιότητας των αστικών απορροών. Επίσης, γίνεται μια γενική επισκόπηση της ποσοτικής εκτίμησης της απορροής. Στο Κεφάλαιο 5 εξετάζονται οι επιπτώσεις των ρύπων των αστικών απορροών στο περιβάλλον. Παρουσιάζονται οι βασικές διαδικασίες που συντελούνται στα φυσικά οικοσυστήματα και αναλύονται οι περιβαλλοντικές επιπτώσεις των αστικών απορροών. Έμφαση δίνεται στην απειλή της βιολογικής ακεραιότητας των υδάτινων αποδεκτών από τους εισερχόμενους μέσω των αστικών απορροών ρύπους. Στο Κεφάλαιο 6 διερευνάται η διαχείριση των αστικών απορροών και το νομοθετικό πλαίσιο που ισχύει στις Η.Π.Α., στις χώρες της Ευρώπης, στην Ελλάδα και σε άλλες χώρες όπως είναι ο Καναδάς και η Αυστραλία. Επίσης γίνεται αναφορά στις παραδοσιακές πρακτικές διαχείρισης και στις νέες πρακτικές ελέγχου πηγής, παρουσιάζονται οι τύποι των πρακτικών βέλτιστης διαχείρισης (BMPs ή SUDS) και δίδονται οι διαφορές των SUDS από τα παραδοσιακά συστήματα διαχείρισης. Στο Κεφάλαιο 7 παρουσιάζονται οι δομικές τεχνικές βέλτιστης διαχείρισης (BMPs), οι οποίες διαχωρίζονται στις ακόλουθες τέσσερις ομάδες: (α) συστήματα με βλάστηση (όπως είναι οι λωρίδες με φυτικά φίλτρα και οι τάφροι με βλάστηση)• (β) συστήματα διήθησης (όπως είναι οι λεκάνες και οι τάφροι διήθησης, τα συστήματα βιοδιήθησης, τα φίλτρα άμμου και τα ξηρά φρεάτια)• (γ) συστήματα αποθήκευσης (όπως είναι οι λεκάνες συγκράτησης και οι λεκάνες εκτεταμένης συγκράτησης, οι τεχνητοί υγρότοποι και οι πράσινες στέγες)• (δ) συστήματα διαπερατών επιστρώσεων. Για κάθε BMP που περιγράφεται δίνονται τα εξής στοιχεία: ορισμός, τυπικά σχέδια, περιοχές εφαρμογής, κριτήρια σχεδιασμού, απόδοση και συντήρηση-επιθεώρηση. Επίσης, τα κριτήρια που συμβάλλουν στην επιλογή της βέλτιστης BMP παρουσιάζονται σε σχετικούς Πίνακες. Στο Κεφάλαιο 8 παρουσιάζονται οι μη-δομικές τεχνικές βέλτιστης διαχείρισης, οι οποίες δεν περιλαμβάνουν κατασκευαστικές λύσεις, αλλά κανονισμούς και ρυθμίσεις. Οι μη-δομικές BMPs διαχωρίζονται σε δύο κατηγορίες, (α) στις πρακτικές εκπαίδευσης, ανακύκλωσης και ελέγχου στην πηγή και (β) στις πρακτικές συντήρησης. Στα πλαίσια της πρώτης κατηγορίας, αναλύονται θέματα όπως ο περιορισμός των αδιαπέρατων επιφανειών, η αστική δασοκομία, η καλή διαχείριση των εξωτερικών χώρων αποθήκευσης υλικών, η καλή διαχείριση των βιομηχανικών περιοχών, ο έλεγχος της απρόσεκτης διάθεσης υλικών, η διάθεση των προϊόντων των οχημάτων, η επισήμανση στις εισόδους των ομβρίων υδάτων (stenciling), ο περιορισμός των παράνομων εκροών, ο έλεγχος των διαδικασιών συντήρησης των χώρων πρασίνου και των κήπων και η διαχείριση του χιονιού. Στην κατηγορία των πρακτικών συντήρησης, παρουσιάζονται η συντήρηση των οδών (σκούπισμα και αποκατάσταση των ζημιών) και η συντήρηση των δομικών BMPs (απομάκρυνση ιζημάτων και υλικών που επιπλέουν και συντήρηση της βλάστησης). Επίσης παρατίθεται ένας Πίνακας αποδοτικότητας των μη-δομικών BMPs. Στο Κεφάλαιο 9 γίνεται η ανακεφαλαίωση και δίνονται τα κυριότερα συμπεράσματα της μελέτης.
description: The present postgraduate thesis titled “Receiving water pollution investigation due to the urban stormwater runoff and Best Management Practices” was carried out within the Program of Postgraduate Study, “Techniques and Methods in the Area Analysis, Planning and Management” of the course “Resources and Development Projects Management” of the School of Rural and Surveying Engineering, Aristotle University of Thessaloniki, Faculty of Engineering. Supervisor of this postgraduate thesis was the Professor of the School of Rural and Surveying Engineering Mr. Stavros Yannopoulos. The objectives of this study is the investigation of the receiving water pollution due to the urban stormwater runoff, the examination of the Best Management Practices for the pollution management of this bodies, the current framework in Europe and Greece and the formulation of proposals for the mitigation of the environmental impacts. In the first chapter, the subject of water pollution is analyzed and the definition of pollution is given. General information relating to the subject under study is specified and in particular, the main pollutants of aquatic ecosystems, the categories of sources of pollution (point and non-point or diffuse), the diachronic development of pollution of water resources and the impacts of pollution in aquatic bodies are presented. It is noted that the urban stormwater runoff, which is the subject of analysis of the present postgraduate thesis, is included in the non-point sources of pollution. Chapter 2 examines the impacts of urbanization in the floods of the urban environment and analyzes the relation of urbanization - imperviousness as well as the hydrologic importance of urbanization.. In Chapter 3, the analysis of qualitative characteristics of urban runoff is presented. Particularly, the more important sources of pollutants of urban runoff are presented, in which the following are included: (a) the process of atmospheric deposition, (b) motor vehicles, (c) impervious surfaces, (d) snow melting, (e) green areas and (f) construction sites. Moreover, the pollutants detected in the urban runoff are presented and information about their origin is reported. The pollutants of urban runoff described, include sediments, nutrients (nitrogenous and phosphorus), chlorides, metals, petroleum hydrocarbons, microbial pollution, organic compounds and trash. Due to the fact that the type and the quantity of pollutants detected in urban runoff differ among regions and depend on the particular characteristics and the land use of each one from them, the relation of pollutants-land use is analyzed. In addition to the above, Chapter 3 includes the analysis of the term “first flush” as well as various definitions found in the international bibliography. A list of selected pollutants, drawn up within the “Day Water” program, is also presented, constituted by 25 pollutants for which certain basic information with regard to their origin is given. Moreover, results from similar studies on the qualitative characteristics of urban runoff carried out in various European cities and in Greece are presented. In particular, information is conveyed for the cities of Xanthi, Paris, Genova, Isfahan in Iran and the zoo of Wuhan in China. In Chapter 4, the various mathematical models for simulating urban runoff quality are presented and in particular, the basic components, classification and the main mathematical equations of the mathematical models as well as the most common software kits used internationally for the estimate of quality of urban runoff. Moreover, Chapter 4 includes a general review of the quantitative estimate of flow. Chapter 5 examines the impacts of pollutants of urban runoff on the environment. The basic processes that take place in the natural ecosystems are presented and the environmental impacts of urban runoff are analyzed. Particular emphasis is given on the threat of biological integrity of aquatic receivers by the incoming urban runoff pollutants. In Chapter 6, the urban runoff management and the legislative frame that is in effect in the USA, in European countries, in Greece and in other countries such as Canada and Australia, are investigated. In addition to the above, the traditional practices of management and the new practices of source control are reported and the types of Best Management Practices (BMPs or SUDS) are presented. Moreover, the differences of SUDS from the traditional systems of management are reported. In Chapter 7, the Structural Best Management Practices (BMPs) are demonstrated, classified in the following four groups: (a) vegetated systems (filter strips and vegetated swales); (b) infiltration systems (infiltration basins, infiltration trench, bioretention filters/rain gardens, sand filters and dry wells/soakaways); (c) storage systems (detention basins/dry ponds, extended detention basins, retention ponds/wet ponds, constructed wetlands and green roofs); (d) pervious paving systems. For each BMP described, the following details are recorded: definition, formal drawings, regions of application, design criteria, output and maintenance-inspection. The criteria that contribute to the selection of the optimum BMP are presented in relative Tables. In Chapter 8, the Non-Structural Best Management Practices (BMPs) are presented, practices that include regulations and rules instead of construction solutions. Non-structural BMPs are classified in two categories: (a) education practices, recycling and source control and (b) maintenance practices. Within the frame of the first category, subjects such as the reduction of impervious surfaces, urban forestry, the good management of outdoor storage materials and of industrial regions, the control of careless disposal of materials, the disposal of products from vehicles, the stenciling, the reduction of illicit discharges, the control of the maintenance procedures of green areas and gardens and the management of snow are analyzed. In the category of maintenance practices, the maintenance of roads (street-sweeping and recovery of damages) and the maintenance of structural BMPs (removal of sediments and materials that float and maintenance of vegetation) are presented. Moreover, a Table of the efficiency of the non-structural BMPs, is also presented. Finally, Chapter 9 is comprised by the recapitulation and the main conclusions of the study.