Stariji obalni gradovi, poput Philadelphije, New Yorka i Bostona, suočeni su s rizikom da budu preplavljeni nepročišćenim kanalizacijskim vodama tijekom poplava. Zbog dizajna njihovih kombiniranih kanalizacijskih sustava i rasta razine mora, ovi gradovi mogli bi se suočiti s rastućom krizom javnog zdravstva jer klimatske promjene također dovode do ekstremnijih oborina, prema istraživačima sa Sveučilišta Drexel koji proučavaju urbane sustave odvodnje. Skupina je nedavno objavila istraživanje koje je modeliralo potencijalni opseg problema u dijelu obalnog grada Camden, New Jersey, i učinkovitost jednog predloženog rješenja za zaštitu ovih zajednica.

Složen problem
Počevši od 1855. godine, mnoge američke obalne zajednice dizajnirane su s kombiniranim kanalizacijskim sustavom. U tim sustavima, oborinske vode i kanalizacija sakupljaju se pomoću istih cijevi. U početku su ove cijevi ispuštale vodu u potoke i rijeke; kasnije su usmjeravane prema postrojenjima za pročišćavanje otpadnih voda. Međutim, cijevi mogu prenijeti samo određeni protok. Tijekom kišnih vremenskih događaja, kako bi se izbjeglo preplavljivanje postrojenja za pročišćavanje otpadnih voda, dio protoka i dalje se prelijeva u prirodna vodna tijela putem funkcija poznatih kao kombinirani preljevi kanalizacije (CSO).

Dok su Zakon o kontroli zagađenja i Zakon o čistoj vodi potaknuli zajednice na nadogradnju infrastrukture i poduzimanje koraka za smanjenje CSO-a, klimatske promjene donose potpuno novu dimenziju ovom izazovu usklađenosti s propisima.

Kada je razina vode u recipijentnom vodnom tijelu visoka, CSO klapne koje inače sprečavaju vraćanje riječne vode u kanalizacijske cijevi ne mogu se lako otvoriti. Bez ovih ventila potpuno otvorenih, kombinirana kanalizacija koja nastaje tijekom kišnog vremena može se vraćati u sustav, čak se izlijevajući na ulice ili u podrume ljudi.

Kako klimatske promjene donose sve jače kiše i više razine rijeka, problem se pogoršava i ne može se ublažiti konvencionalnim pristupima upravljanju oborinskim vodama.

Tim Montalta blisko surađuje s Camden County Municipal Utilities Authority (CCMUA) kako bi proučio potencijalna rješenja za ovaj problem.

Traženje boljeg odgovora
U svom istraživanju, nedavno objavljenom u časopisu Journal of Water Management Modeling, skupina je izvijestila o rezultatima svojih detaljnih hidrologijskih i hidrauličkih modela poplava i kombiniranih preljeva kanalizacije u dijelu Camdena zvanom Cramer Hill. Ovo je poplavno područje grada smješteno vrlo blizu najveće CSO točke na istočnoj strani rijeke Delaware.

Nakon što su kalibrirali svoje modele prema povijesnim uvjetima, koristili su ih za simulaciju kako će se poplave i CSO mijenjati u budućnosti, kako se klima mijenja. Isti modeli također se koriste za procjenu potencijalne učinkovitosti različitih konceptualnih rješenja.

"CCMUA godinama radi na smanjenju okolišne nepravde u Camdenu", rekao je Montalto. "Radili su na smanjenju mirisa iz svog postrojenja za pročišćavanje otpadnih voda i smanjenju učestalosti i zagađenja povezanih s CSO-ima. Uzbudljivo je raditi s njima sada na razvoju rješenja koja također mogu smanjiti poplave i učiniti naselja Camdena otpornijima na klimatske promjene. Naše modeliranje podržat će CCMUA u razvoju višefunkcionalnih strategija infrastrukture."

Drexelov model je jedinstven jer je to model "svi-cijevi" izgrađen okupljanjem mnogih različitih geoprostornih skupova podataka u jedan računalni model. To omogućuje timu da simulira tokove oborinskih voda kroz gotovo svaku površinu, hvatač kišnice i cijev na tom području.

Kako bi provjerili točnost programa modeliranja, istraživači su usporedili predviđanje godišnjeg volumena ispuštanja kombiniranih preljeva kanalizacije s CCMUA zapisima. Simulirani obrasci poplava uspoređeni su s fotografijama stvarnih poplava koje je istraživački tim snimio tijekom oluja ljeta 2021. godine. "Bilo je važno provesti temeljit proces validacije jer ćemo se oslanjati na ovaj model za simulaciju budućih klimatskih i infrastrukturnih uvjeta", rekao je Montalto. "Ne svaka općina bilježi sve potrebne podatke za izradu potpunog modela, pa je dio ovog istraživanja pokazivanje da ad-hoc proces koji smo razvili može pouzdano validirati naš model bez dijela podataka koji bi inače bili potrebni."

Projektiranje budućih izazova
Tim Montalta koristio je validirani model za simulaciju što bi se dogodilo ako bi se oborine povećale za do 30% i ako bi se razina mora podigla za do 1,8 metara. Simulirali su svaku od ovih klimatskih promjena zasebno i zajedno.

Model je predvidio da bi povećane oborine rezultirale preljevim ispuštanjima 21-66% iznad trenutnog godišnjeg volumena ispuštanja. I, iako je svaka od scenarija podizanja razine mora rezultirala smanjenjem broja preljeva i godišnjeg volumena ispuštanja, trajanje poplava povećavalo se s svakim složenim faktorom.

Testiranje teorije
Jedna ključna strategija koju Camden razmatra za izazove upravljanja vodama u Cramer Hillu uključuje preusmjeravanje oborinskih voda sjevernog dijela svog kanalizacijskog sustava. Uz Drexelov program modeliranja, općina je napokon mogla testirati tu ideju.

Nazvan "Pennsauken disconnection", prijedlog je preusmjeriti oborinske vode generirane u gradu Pennsauken, New Jersey, koji se nalazi neposredno sjeveroistočno od Camdena, dalje od kombiniranog kanalizacijskog sustava Cramer Hilla putem posredničke crpne stanice.

Tim je otkrio da će preusmjeravanje pomoći u svim budućim klimatskim scenarijima. Međutim, čak i uz preusmjeravanje, učinci klimatskih promjena i podizanje razine mora i dalje su rezultirali povećanjem broja poplavnih događaja; i značajnim povećanjem trajanja poplava pod uvjetima podizanja razine mora.

Postavljanje novog smjera
Sveukupni rezultati sugeriraju da će povećani oborinski događaji zbog klimatskih promjena uzrokovati više kombiniranih preljeva kanalizacije. I podizanje razine mora otežat će ovim sustavima ispuštanje u obližnja vodna tijela. Oko 40 milijuna ljudi trenutno živi u područjima koja opslužuju kombinirani kanalizacijski sustavi, pa je ovo hitno pitanje koje bi moglo utjecati na značajan broj ljudi diljem zemlje.

Grupa Montalta planira nastaviti s usavršavanjem svog modela Cramer Hilla, dok prikupljaju informacije o protoku vode kroz kanalizacijsku mrežu i površinske poplave. Također će modelirati druge intervencije u infrastrukturi za upravljanje oborinskim vodama.

Izvor: Drexel University