Los sistemas de drenaje sostenible (también conocidos como SuDS , [1] SUDS , [2] [3] o sistemas de drenaje urbano sostenible [4] ) son un conjunto de prácticas de gestión del agua que tienen como objetivo alinear los sistemas de drenaje modernos con los procesos hídricos naturales y son parte de una estrategia de infraestructura verde más amplia . [5] Los esfuerzos de SuDS hacen que los sistemas de drenaje urbano sean más compatibles con los componentes del ciclo natural del agua, como los desbordes por mareas de tormenta , la percolación del suelo y la biofiltración. Estos esfuerzos esperan mitigar el efecto que el desarrollo humano ha tenido o puede tener en el ciclo natural del agua , en particular las tendencias de escorrentía superficial y contaminación del agua. [6]
Los SuDS se han vuelto populares en las últimas décadas a medida que ha aumentado la comprensión de cómo el desarrollo urbano afecta los entornos naturales, así como la preocupación por el cambio climático y la sostenibilidad. Los SuDS a menudo utilizan componentes construidos que imitan las características naturales para integrar los sistemas de drenaje urbano en los sistemas de drenaje natural o en un sitio de la manera más eficiente y rápida posible. La infraestructura de los SUDS se ha convertido en una parte importante del proyecto de demostración Blue-Green Cities en Newcastle upon Tyne . [7]
Se han encontrado sistemas de drenaje en ciudades antiguas de más de 5000 años de antigüedad, incluidas las civilizaciones minoica, india, persa y mesopotámica. [8] Estos sistemas de drenaje se centraban principalmente en reducir las molestias causadas por inundaciones localizadas y aguas residuales. Los sistemas rudimentarios hechos de canales de ladrillo o piedra constituyeron el alcance de las tecnologías de drenaje urbano durante siglos. Las ciudades de la Antigua Roma también empleaban sistemas de drenaje para proteger las zonas bajas del exceso de lluvia. Cuando los constructores comenzaron a construir acueductos para importar agua dulce a las ciudades, los sistemas de drenaje urbano se integraron en la infraestructura de suministro de agua por primera vez como un ciclo hídrico urbano unificado. [9]
Los sistemas de drenaje modernos no aparecieron hasta el siglo XIX en Europa occidental, aunque la mayoría de estos sistemas se construyeron principalmente para lidiar con los problemas de aguas residuales que surgieron de la rápida urbanización . Un ejemplo de ello es el sistema de alcantarillado de Londres , que se construyó para combatir la contaminación masiva del río Támesis . En ese momento, el río Támesis era el componente principal del sistema de drenaje de Londres, y los desechos humanos se concentraban en las aguas adyacentes al centro urbano densamente poblado. Como resultado, varias epidemias plagaron a los residentes de Londres e incluso a los miembros del Parlamento , incluidos eventos conocidos como el brote de cólera de Broad Street de 1854 y el Gran Hedor de 1858. [ 10] La preocupación por la salud pública y la calidad de vida lanzó varias iniciativas, que finalmente llevaron a la creación del sistema de alcantarillado moderno de Londres diseñado por Joseph Bazalgette . [11] Este nuevo sistema tenía como objetivo explícito garantizar que las aguas residuales se redirigieran lo más lejos posible de las fuentes de suministro de agua para reducir la amenaza de patógenos transmitidos por el agua . Desde entonces, la mayoría de los sistemas de drenaje urbano han tenido como objetivo objetivos similares: prevenir crisis de salud pública.
En las últimas décadas, a medida que el cambio climático y las inundaciones urbanas se han convertido en desafíos cada vez más urgentes, los sistemas de drenaje diseñados específicamente para la sostenibilidad ambiental se han vuelto más populares tanto en el ámbito académico como en la práctica. El primer sistema de drenaje sostenible que utilizó un tren de gestión completo que incluía el control de la fuente en el Reino Unido fue la estación de la autopista de servicios de Oxford diseñada por los especialistas en SuDS Robert Bray Associates [12]. Originalmente, el término SUDS describía el enfoque del Reino Unido hacia los sistemas de drenaje urbano sostenible. Estos desarrollos pueden no estar necesariamente en áreas "urbanas" y, por lo tanto, ahora se suele omitir la parte "urbana" de SuDS para reducir la confusión. Otros países tienen enfoques similares en funcionamiento que utilizan una terminología diferente, como las mejores prácticas de gestión (BMP) y el desarrollo de bajo impacto en los Estados Unidos [13] , el diseño urbano sensible al agua (WSUD) en Australia [14] , el diseño y desarrollo urbano de bajo impacto (LIUDD) en Nueva Zelanda [15] y la gestión integral de cuencas fluviales urbanas en Japón [14] .
El informe definitivo del Consejo Nacional de Investigación sobre la gestión de las aguas pluviales urbanas describió que los sistemas de drenaje urbano comenzaron en los Estados Unidos después de la Segunda Guerra Mundial. Estas estructuras se basaban en simples cuencas de captación y tuberías para transferir el agua fuera de las ciudades. [16] La gestión de las aguas pluviales urbanas comenzó a evolucionar más en la década de 1970, cuando los arquitectos paisajistas se centraron más en el desarrollo de bajo impacto y comenzaron a utilizar prácticas como los canales de infiltración. [16] Paralelamente a esta época, los científicos comenzaron a preocuparse por otros peligros de las aguas pluviales relacionados con la contaminación. Estudios como el Programa Nacional de Escorrentía Urbana mostraron que la escorrentía urbana contenía contaminantes como metales pesados, sedimentos y patógenos, todos los cuales el agua puede recoger al fluir de superficies impermeables . [17] Fue a principios del siglo XXI cuando la infraestructura de aguas pluviales para permitir que la escorrentía se infiltrara cerca de la fuente se hizo popular. Esto fue aproximadamente al mismo tiempo en que se acuñó el término infraestructura verde. [18]
Los sistemas de drenaje urbano tradicionales están limitados por diversos factores, entre ellos la capacidad de volumen, los daños o bloqueos causados por escombros y la contaminación del agua potable. Muchos de estos problemas se solucionan con los sistemas SuDS, que evitan por completo los sistemas de drenaje tradicionales y devuelven el agua de lluvia a las fuentes de agua naturales o arroyos lo antes posible. La creciente urbanización ha causado problemas con el aumento de las inundaciones repentinas después de una lluvia repentina. A medida que las áreas de vegetación se reemplazan por hormigón, asfalto o estructuras techadas, lo que da lugar a superficies impermeables , el área pierde su capacidad de absorber el agua de lluvia. Esta lluvia, en cambio, se dirige a los sistemas de drenaje de aguas superficiales, a menudo sobrecargándolos y provocando inundaciones.
El objetivo de todos los sistemas de drenaje sostenibles es utilizar la lluvia para recargar las fuentes de agua de un sitio determinado. Estas fuentes de agua suelen estar debajo del nivel freático , arroyos cercanos, lagos u otras fuentes de agua dulce similares. Por ejemplo, si un sitio está sobre un acuífero no consolidado , entonces los SuDS intentarán dirigir toda la lluvia que cae sobre la capa superficial hacia el acuífero subterráneo lo más rápido posible. Para lograr esto, los SuDS utilizan varias formas de capas permeables para garantizar que el agua no sea capturada o redirigida a otra ubicación. A menudo, estas capas incluyen tierra y vegetación, aunque también pueden ser materiales artificiales.
El paradigma de las soluciones de SuDS debe ser el de un sistema que sea fácil de manejar, que requiera poco o ningún aporte de energía (excepto de fuentes ambientales como la luz solar, etc.), que sea resistente al uso y que sea ambientalmente y estéticamente atractivo. Ejemplos de este tipo de sistema son las cuencas (depresiones superficiales del paisaje que están secas la mayor parte del tiempo cuando no llueve), los jardines de lluvia (depresiones superficiales del paisaje con arbustos o plantas herbáceas), los swales (zanjas superficiales de base ancha y normalmente secas), los drenajes de filtrado (zanjas de drenaje rellenas de grava), las cuencas de biorretención (depresiones superficiales con capas de filtración de grava y/o arena debajo del medio de cultivo), los juncales y otros hábitats de humedales que recolectan, almacenan y filtran el agua sucia, además de proporcionar un hábitat para la vida silvestre.
Un error muy común es pensar que los SuDS reducen las inundaciones en el sitio de desarrollo. En realidad, los SuDS están diseñados para reducir el impacto que el sistema de drenaje de aguas superficiales de un sitio tiene en otros sitios. Por ejemplo, las inundaciones de las alcantarillas son un problema en muchos lugares. La pavimentación o la construcción sobre el terreno pueden provocar inundaciones repentinas. Esto sucede cuando los flujos que ingresan a una alcantarilla exceden su capacidad y esta se desborda. El sistema SuDS tiene como objetivo minimizar o eliminar las descargas del sitio, reduciendo así el impacto. La idea es que si todos los sitios de desarrollo incorporaran SuDS, las inundaciones de las alcantarillas urbanas serían un problema menor. A diferencia de los sistemas tradicionales de drenaje de aguas pluviales urbanas , los SuDS también pueden ayudar a proteger y mejorar la calidad del agua subterránea.
Dado que los SuDS describen un conjunto de sistemas con componentes o metas similares, existe una gran superposición entre los SuDS y otras terminologías relacionadas con el desarrollo urbano sostenible. [19] Los siguientes son ejemplos generalmente aceptados como componentes de un sistema SuDS:
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Canales de biodifusión
Los bioswales son canales diseñados para concentrar y transportar las escorrentías de aguas pluviales, al mismo tiempo que eliminan los desechos y la contaminación . Los bioswales también pueden resultar beneficiosos para recargar las aguas subterráneas .
Los bioswales suelen estar cubiertos de vegetación, mantillo o xerojardinería . [20] Consisten en un curso de drenaje con lados con pendientes suaves (menos del 6%). [21] : 19 El diseño del bioswal tiene como objetivo maximizar de manera segura el tiempo que el agua pasa en el bioswal , lo que ayuda a la recolección y eliminación de contaminantes, limo y escombros. Dependiendo de la topografía del sitio, el canal del bioswal puede ser recto o serpenteante. También se suelen agregar presas de control a lo largo del bioswal para aumentar la infiltración de aguas pluviales. La composición de un bioswales puede verse influenciada por muchas variables diferentes, incluido el clima, los patrones de lluvia, el tamaño del sitio, el presupuesto y la idoneidad de la vegetación.
Es importante realizar el mantenimiento de los biofiltros para garantizar la mayor eficiencia y eficacia posibles en la eliminación de contaminantes de las escorrentías de aguas pluviales. La planificación del mantenimiento es un paso importante, que puede incluir la introducción de filtros o rocas grandes para evitar obstrucciones. El mantenimiento anual mediante pruebas de suelo, inspección visual y pruebas mecánicas también es crucial para la salud de un biofiltro.
Los biofiltros se aplican comúnmente a lo largo de las calles y alrededor de los estacionamientos , donde la contaminación automotriz sustancial se deposita en el pavimento y se elimina con la primera instancia de lluvia, conocida como primera descarga . Los biofiltros u otros tipos de biofiltros se pueden crear alrededor de los bordes de los estacionamientos para capturar y tratar la escorrentía de aguas pluviales antes de liberarla a la cuenca hidrográfica o al alcantarillado pluvial .Pavimento permeable
Las superficies de pavimento permeable están hechas de un material poroso que permite que el agua de lluvia fluya a través de él o de bloques no porosos espaciados de modo que el agua pueda fluir entre los espacios. El pavimento permeable también puede incluir una variedad de técnicas de pavimentación para carreteras, estacionamientos y pasarelas peatonales. Las superficies de pavimento permeable pueden estar compuestas de: hormigón permeable , asfalto poroso, adoquines o adoquines entrelazados. [22] A diferencia de los materiales de pavimento impermeables tradicionales , como el hormigón y el asfalto, los sistemas de pavimento permeable permiten que el agua de lluvia se filtre a través del pavimento y hacia las capas de agregado y/o el suelo que se encuentran debajo. Además de reducir la escorrentía superficial, los sistemas de pavimento permeable pueden atrapar sólidos suspendidos, filtrando así los contaminantes del agua de lluvia. [23]
El pavimento permeable se utiliza comúnmente en carreteras, caminos y estacionamientos sujetos a tráfico vehicular ligero, como ciclovías , carriles de acceso de servicio o de emergencia, arcenes de carreteras y aeropuertos, y aceras y caminos de acceso residenciales.Humedales
Los humedales artificiales se pueden construir en áreas que experimentan grandes volúmenes de mareas de tormenta o escorrentías. Construidos para replicar pantanos poco profundos, los humedales como BMP recolectan y filtran agua a escalas mayores que los bioswales o los jardines de lluvia. A diferencia de los bioswales, los humedales artificiales están diseñados para replicar los procesos naturales de los humedales en lugar de tener un mecanismo de ingeniería dentro del humedal artificial. Debido a esto, la ecología del humedal (componentes del suelo, agua, vegetación, microbios, procesos de luz solar, etc.) se convierte en el sistema principal para eliminar contaminantes. [24] El agua en un humedal artificial tiende a filtrarse lentamente en comparación con los sistemas con componentes mecanizados o explícitamente diseñados.
Los humedales se pueden utilizar para concentrar grandes volúmenes de escorrentía de áreas urbanas y vecindarios. En 2012, se construyó el Parque de Humedales del Sur de Los Ángeles en un distrito densamente poblado del centro de la ciudad como renovación de una antigua terminal de autobuses del Metro de Los Ángeles . [25] El parque está diseñado para capturar la escorrentía de las superficies circundantes, así como el desbordamiento de aguas pluviales del sistema de drenaje actual de la ciudad. [26]
Cuencas de retención
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Una cuenca de retención, a veces llamada estanque de retención, cuenca de detención húmeda o estanque de gestión de aguas pluviales (SWMP), es un estanque artificial con vegetación alrededor del perímetro y una piscina de agua permanente en su diseño. [27] [28] [29] Se utiliza para gestionar la escorrentía de aguas pluviales , para la protección contra inundaciones , para el control de la erosión y para servir como humedal artificial y mejorar la calidad del agua en cuerpos de agua adyacentes.
Se distingue de una cuenca de retención , a veces llamada "estanque seco", que almacena agua temporalmente después de una tormenta, pero que finalmente se vacía a un ritmo controlado hacia un cuerpo de agua aguas abajo. También se diferencia de una cuenca de infiltración , que está diseñada para dirigir las aguas pluviales hacia las aguas subterráneas a través de suelos permeables.
Los estanques húmedos se utilizan con frecuencia para mejorar la calidad del agua, recargar las aguas subterráneas , protegerse de las inundaciones, mejorar la estética o cualquier combinación de estas. A veces actúan como reemplazo de la absorción natural de un bosque u otro proceso natural que se perdió cuando se desarrolló un área. Como tal, estas estructuras están diseñadas para integrarse con los vecindarios y se las considera un servicio. [30]
En las zonas urbanas, las superficies impermeables (techos, carreteras) reducen el tiempo que tarda la lluvia en llegar al sistema de drenaje de aguas pluviales. Si no se controla, esto provocará inundaciones generalizadas aguas abajo. La función de un estanque de aguas pluviales es contener esta oleada y liberarla lentamente. Esta liberación lenta mitiga el tamaño y la intensidad de las inundaciones inducidas por tormentas en las aguas receptoras aguas abajo. Los estanques de aguas pluviales también recogen sedimentos en suspensión, que a menudo se encuentran en altas concentraciones en el agua de las aguas pluviales debido a la construcción aguas arriba y a las aplicaciones de arena en las carreteras.Techos verdes
Un techo verde o techo vivo es un techo de un edificio que está cubierto parcial o totalmente con vegetación y un medio de cultivo, plantado sobre una membrana impermeabilizante . También puede incluir capas adicionales como una barrera de raíces y sistemas de drenaje y riego . [31] Los jardines de contenedores en los techos, donde las plantas se mantienen en macetas, generalmente no se consideran verdaderos techos verdes, aunque esto es objeto de debate. Los estanques en los techos son otra forma de techos verdes que se utilizan para tratar las aguas grises . [32] La vegetación, el suelo, la capa de drenaje, la barrera del techo y el sistema de riego constituyen el techo verde. [33]
Los techos verdes cumplen varias funciones en un edificio, como absorber el agua de lluvia , proporcionar aislamiento , crear un hábitat para la vida silvestre [34] y disminuir el estrés de las personas alrededor del techo al proporcionar un paisaje estéticamente más agradable, y ayudar a reducir las temperaturas del aire urbano y mitigar el efecto de isla de calor . [35] Los techos verdes son adecuados para proyectos de modernización o remodelación, así como para edificios nuevos, y se pueden instalar en pequeños garajes o edificios industriales, comerciales y municipales más grandes. [31] Utilizan eficazmente las funciones naturales de las plantas para filtrar el agua y tratar el aire en paisajes urbanos y suburbanos. [36] Hay dos tipos de techo verde: los techos intensivos, que son más gruesos, con una profundidad mínima de 12,8 cm ( 5+1 ⁄ 16 pulgadas) y pueden soportar una mayor variedad de plantas, pero son más pesados y requieren más mantenimiento, y los techos extensivos, que son poco profundos, con una profundidad que varía de2 a 12,7 cm ( 13 ⁄ 16 a 5 pulgadas), son más livianos que los techos verdes intensivos y requieren un mantenimiento mínimo. [37]
El término techo verde también puede utilizarse para indicar techos que utilizan algún tipo de tecnología verde, como un techo frío , un techo con colectores solares térmicos o paneles fotovoltaicos . Los techos verdes también se conocen como techos ecológicos , oikosteges , techos con vegetación , techos vivos , techos verdes y VCP H [38] (Particiones complejas con vegetación horizontal)Los jardines de lluvia son una forma de gestión de aguas pluviales mediante la captación de agua. Los jardines de lluvia son zonas deprimidas poco profundas del paisaje, plantadas con arbustos y plantas que se utilizan para recoger el agua de lluvia de los tejados o el pavimento y permiten que el agua de lluvia se filtre lentamente en el suelo. [39] Los jardines de lluvia imitan las funciones naturales del paisaje al captar el agua de lluvia, filtrar los contaminantes y recargar las aguas subterráneas. [40] Un estudio realizado en 2008 explica cómo los jardines de lluvia y las jardineras para aguas pluviales son fáciles de incorporar en las zonas urbanas donde mejorarán las calles al minimizar los efectos de la sequía y ayudar con la escorrentía de las aguas pluviales. Las jardineras para aguas pluviales pueden encajar fácilmente entre otros paisajes de calles y son ideales en zonas donde el espacio es reducido. [41]
La desconexión de bajantes es una forma de infraestructura verde que separa los bajantes de los tejados del sistema de alcantarillado y redirige el agua de escorrentía del tejado hacia superficies permeables. [14] Se puede utilizar para almacenar aguas pluviales o permitir que el agua penetre en el suelo. La desconexión de bajantes es especialmente beneficiosa en ciudades con sistemas de alcantarillado combinados. Con grandes volúmenes de lluvia, los bajantes de los edificios pueden enviar 12 galones de agua por minuto al sistema de alcantarillado, lo que aumenta el riesgo de atascos en sótanos y desbordes de alcantarillado. [42]
La infraestructura verde mantiene los cursos de agua limpios y saludables de dos maneras principales: retención de agua y calidad del agua . Diferentes estrategias de infraestructura verde previenen la escorrentía al capturar la lluvia donde cae, lo que permite que se filtre en el suelo para recargar las aguas subterráneas, regrese a la atmósfera a través de la evapotranspiración o se reutilice para otro propósito, como el paisajismo. [43] La calidad del agua también se mejora al disminuir la cantidad de aguas pluviales que llegan a otros cursos de agua y al eliminar contaminantes. La vegetación y el suelo ayudan a capturar y eliminar contaminantes de las aguas pluviales de muchas maneras, como la adsorción, la filtración y la absorción por las plantas. [44] Estos procesos descomponen o capturan muchos de los contaminantes comunes que se encuentran en la escorrentía.
Con la intensificación del cambio climático, las tormentas fuertes se están volviendo más frecuentes y también lo es el riesgo creciente de inundaciones y desbordamientos del sistema de alcantarillado. Según la EPA , es probable que el tamaño promedio de una llanura aluvial de 100 años aumente en un 45% en los próximos diez años. [45] Otro problema creciente son las inundaciones urbanas causadas por demasiada lluvia en superficies impermeables, las inundaciones urbanas pueden destruir vecindarios. [46] Afectan particularmente a los vecindarios de minorías y de bajos ingresos y pueden dejar atrás problemas de salud como asma y enfermedades causadas por moho. La infraestructura verde reduce los riesgos de inundaciones y refuerza la resiliencia climática de las comunidades al mantener la lluvia fuera de las alcantarillas y los cursos de agua, capturándola donde cae. [47] [48]
Más de la mitad de la lluvia que cae en áreas urbanas cubiertas en su mayor parte por superficies impermeables termina en forma de escorrentía. [49] Las prácticas de infraestructura verde reducen la escorrentía al capturar el agua de lluvia y permitir que recargue los suministros de agua subterránea o que se recoja para fines como el paisajismo. La infraestructura verde promueve la conservación de la lluvia mediante el uso de métodos de captura y técnicas de infiltración, por ejemplo, los biofiltros. Hasta el 75 por ciento de la lluvia que cae sobre un tejado se puede capturar y utilizar para otros fines. [50]
Una ciudad con kilómetros de pavimento oscuro y caliente absorbe e irradia calor a la atmósfera circundante a un ritmo mayor que un paisaje natural. [51] Este es el efecto de isla de calor urbana que provoca un aumento de las temperaturas del aire. La EPA estima que la temperatura media del aire de una ciudad con un millón de personas o más puede ser de 1,8 a 5,4 °F (1,0 a 3,0 °C) más cálida que las áreas circundantes. [51] Las temperaturas más altas reducen la calidad del aire al aumentar el smog . En Los Ángeles, un aumento de temperatura de 1 grado hace que el aire tenga aproximadamente un 3 por ciento más de smog. [52] Los techos verdes y otras formas de infraestructura verde ayudan a mejorar la calidad del aire y reducen el smog mediante el uso de vegetación. Las plantas no solo proporcionan sombra para refrescarse, sino que también absorben contaminantes como el dióxido de carbono y ayudan a reducir las temperaturas del aire a través de la evaporación y la evapotranspiración. [53]
Al mejorar la calidad del agua y reducir la temperatura del aire y la contaminación, la infraestructura verde ofrece muchos beneficios para la salud pública. Un aire más fresco y limpio puede ayudar a reducir las enfermedades relacionadas con el calor, como el agotamiento y la insolación, así como los problemas respiratorios, como el asma. [54] Unas vías fluviales más limpias y saludables también implican menos enfermedades causadas por aguas y mariscos contaminados. Las áreas más verdes también promueven la actividad física y pueden mejorar la salud mental. [54]
La infraestructura verde suele ser más barata que las estrategias de gestión del agua más convencionales. Filadelfia descubrió que su nuevo plan de infraestructura verde costará 1.200 millones de dólares en 25 años, en comparación con los 6.000 millones de dólares que habría costado una infraestructura gris. [55] Los gastos para implementar la infraestructura verde suelen ser menores: plantar un jardín de lluvia para lidiar con los costos de drenaje es menor que cavar túneles e instalar tuberías. Pero incluso cuando no es más barata, la infraestructura verde sigue teniendo un buen efecto a largo plazo. Un techo verde dura el doble que un techo normal, y los bajos costos de mantenimiento del pavimento permeable pueden ser una buena inversión a largo plazo. [56] La ciudad de West Union, en Iowa, determinó que podría ahorrar 2,5 millones de dólares durante la vida útil de un solo estacionamiento utilizando pavimento permeable en lugar del asfalto tradicional. [57] La infraestructura verde también mejora la calidad del agua extraída de ríos y lagos para beber, lo que reduce los costos asociados con la purificación y el tratamiento, en algunos casos en más del 25 por ciento. [58] Además, los techos verdes pueden reducir los costos de calefacción y refrigeración, lo que genera ahorros de energía de hasta un 15 por ciento. [59]
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