Δ. Μπόζης, Κ. Ντένη
Περίληψη
Σημαντικό τεχνικό πρόβλημα στις διαμορφώσεις δημόσιων χώρων στη χώρα είναι η διαχείριση του νερού. Τεχνικές εξοικονόμησης νερού, όπως η κατάλληλη επιλογή τύπου φυτεύσεων και η εφαρμογή αποδοτικών λύσεων διανομής άρδευσης εφαρμόζονται εν γένει στις περισσότερες περιπτώσεις. Όπου μάλιστα είναι δυνατό γίνεται χρήση νερού δεύτερης ποιότητας, κυρίως από γεωτρήσεις. Ένα σύστημα με δυνατότητα αξιοποίησης όχι μόνον νερού από γεωτρήσεις αλλά και επαναχρησιμοποιούμενου νερού κατασκευάστηκε στη Νέα Παραλία της Θεσσαλονίκης. Τα βασικά του μέρη είναι μια δεξαμενή νερού, με δυνατότητα τροφοδοσίας από πολλαπλές πηγές και μια διάταξη αντλητικών συγκροτημάτων και τοπικών δικτύων διανομής που ελέγχονται από κεντρικό σύστημα. Η διάταξη του συστήματος είναι γραμμική, προσαρμοσμένη στη μορφολογία της περιοχής και στην αρχιτεκτονική πρόταση. Στόχοι της σχεδίασης του συστήματος, πέραν όσων σχετίζονται με την ορθή διαχείριση του νερού, ήταν ο περιορισμός της έκτασης των δικτύων και της καταναλισκόμενης ηλεκτρικής ενέργειας. Η δεξαμενή τέλος λειτουργεί και ως γεωθερμικός εναλλάκτης, καθώς συνδέεται με τοπικά συστήματα αντλιών θερμότητας για τη θέρμανση των οικίσκων της περιοχής. Στην ανακοίνωση παρουσιάζονται οι αρχές, τα δεδομένα σχεδιασμού και η διάταξη αυτού του συστήματος.
1 Εισαγωγή
Στις προτάσεις και οδηγίες για την αντιμετώπιση της κλιματικής αλλαγής στις πόλεις [UN-Habitat 2011, EEA Report 2016] σημαντική θέση καταλαμβάνουν αυτές που σχετίζονται με την εξοικονόμηση φρέσκου πόσιμου νερού σε αυτές. Οι οδηγίες σχεδίασης περιοχών πρασίνου εντός πόλεων που βρίσκονται σε περιοχές με υπάρχοντα ή αναδυόμενα προβλήματα επάρκειας φρέσκου νερού (ενδεικτικά : Inner Melbourne Action Plan 2007 και MWELO 2015) προτείνουν και επιβάλλουν μέτρα και τεχνικές για την εξοικονόμηση νερού για την άρδευσή τους. Τα μέτρα αυτά εντάσσονται σε τρεις ομάδες, ανάλογα με τους στόχους που καλούνται να εκπληρώσουν: α. περιορισμός των υδατικών απαιτήσεων μέσω επιλογής ειδών φύτευσης σε συνδυασμό με βελτιώσεις εδάφους), β. επιλογή του αποδοτικότερου κατά περίπτωση εξοπλισμού άρδευσης (εκτοξευτές ή σταλάκτες, επιφανειακή ή υπεδάφια άρδευση) και γ. υποκατάσταση κατά το δυνατό φρέσκου πόσιμου νερού με νερό χαμηλής ποιότητας ή επαναχρησιμοποιούμενο νερό (reused water). Μέτρα που θεωρούνται επίσης σημαντικά (Leinauer at al 2010) είναι αυτά που οδηγούν στη μείωση της κατανάλωσης ενέργειας για τη λειτουργία των συστημάτων διανομής και διαχείρισης του νερού.
Η ανάπλαση της Νέας Παραλίας της Θεσσαλονίκης είναι το μεγαλύτερο έργο διαμόρφωσης ελεύθερου δημόσιου χώρου εντός του αστικού ιστού της πόλης που εκτελέστηκε τα τελευταία 20 χρόνια. Η περιοχή της Νέας Παραλίας της Θεσσαλονίκης είναι ο δημοφιλέστερος και περισσότερο εμβληματικός ελεύθερος χώρος της. Απόφαση των μελετητών του έργου και του Δήμου από τα πρώτα στάδια εκπόνησης της μελέτης ήταν η ενσωμάτωση συστημάτων και εξοπλισμού που θα οδηγούσαν στον περιορισμό της κατανάλωσης πόσιμου νερού για άρδευση. Πέραν των επιλογών που σχετίζονται με τον περιορισμό των υδατικών απαιτήσεων μέσω της επιλογής φυτικού υλικού, ο περιορισμός των καταναλώσεων νερού θα έπρεπε να πραγματοποιηθεί με την εφαρμογή ενός αποδοτικού συστήματος άρδευσης αλλά και με την υποκατάσταση του φρέσκου πόσιμου νερού με νερό δεύτερης ποιότητας.
Με δεδομένο ότι η περιοχή που αναπλάστηκε είναι σε επαφή και με άλλες περιοχές στις οποίες επίσης προγραμματίζονται ή θα προγραμματιστούν έργα αναπλάσεων, οι λύσεις και τα συστήματα που θα εφαρμοζόταν στη Νέα Παραλία θα μπορούσαν να επαναληφθούν και να επεκταθούν και σε αυτές.
2 Η περιοχή της Νέας Παραλίας της Θεσσαλονίκης
Τα έργα ανάπλασης της Νέας Παραλίας μελετήθηκαν την περίοδο 2002 – 2006 και εκτελέστηκαν την περίοδο 2006 – 2012. Η περιοχή έχει συνολική έκταση περίπου 260 στρεμμάτων. Είναι μια σχεδόν επίπεδη παράκτια ζώνη με μήκος περίπου 3 km και πλάτος από 25 m έως 135 m. H μεγάλη πλευρά αυτής της ζώνης είναι μία από τις κύριες λεωφόρους της πόλης και η άλλη πλευρά της το κρηπίδωμα της ακτογραμμής.
Εικόνα 1 Η περιοχή των έργων ανάπλασης της Νέας Παραλίας της Θεσσαλονίκης
Η πρόταση διαμόρφωσης προέβλεψε αλέα πλάτους 27-30 m κατά μήκος της ακτογραμμής με δύο παράλληλες δενδροστοιχίες και 13 κήπους με ιδιαίτερο χαρακτήρα και φύτευση ο καθένας. Προέβλεψε επίσης έξι περιοχές με ιδιαίτερη παρουσία νερού (σιντριβάνια, μεγάλες λεκάνες νερού και λίμνες με καταρράκτη). Τα κτίρια που κατασκευάστηκαν στην περιοχή είναι 7 αναψυκτήρια, χώροι υγιεινής, ένας χώρος εκδηλώσεων και κάποιες υπέργειες αλλά κυρίως υπόγειες κατασκευές για την εγκατάσταση εξοπλισμού.
Τα χαρακτηριστικά της περιοχής που καθόρισαν σε σημαντικό βαθμό την πρόταση για το σύστημα διαχείρισης των νερών της είναι:
- Επιπεδότητα της περιοχής με στάθμες από 1,5 έως 3,0 το πολύ μέτρα επάνω από τη στάθμη της θάλασσας.
- Ύπαρξη εξαιρετικά χαλαρού υπεδάφους που στις περισσότερες περιοχές είναι πλήρως διαπερατό από το νερό της θάλασσας.
- Γειτνίαση με άλλες υπό ανάπλαση ελεύθερες περιοχές (Εικόνα 2).
- Ανάπτυξη κατά μήκος όλης της περιοχής του κεντρικού συλλεκτήριου δικτύου ακαθάρτων της πόλης (Εικόνα 2).
Εικόνα 2 Γειτονικές ελεύθερες περιοχές προς ανάπλαση και σημεία κεντρικών αντλιοστασίων του κεντρικού δικτύου αποχέτευσης της πόλης
Οι εκτάσεις πρασίνου που προβλέφθηκαν για κάθε τύπο φύτευσης σύμφωνα με την Αρχιτεκτονική και τη Φυτοτεχνική μελέτη είναι όπως στον Πίνακα της Εικόνας 3.
Εικόνα 3 Πίνακας προβλεπόμενων εκτάσεων πρασίνου ανά τύπο φύτευσης
Από τη στιγμή που αποφασίστηκε η υποκατάσταση κατά το δυνατό του πόσιμου νερού με νερό δεύτερης ποιότητας, έπρεπε να κατασκευαστούν στην περιοχή δύο δίκτυα νερού: ένα δίκτυο για την κάλυψη των αναγκών σε πόσιμο νερό (αναψυκτήρια, νιπτήρες χώρων υγιεινής κλπ) και ένα δεύτερο, αυτό για τη διανομή μη πόσιμου νερού (άρδευση, καθαριότητα στον περιβάλλοντα χώρο, σιντριβάνια, λεκάνες νερού).
3 Συστήματα άρδευσης και καταναλώσεις νερού
Βασική επιλογή που έγινε από τις υπηρεσίες του Δήμου ήταν αυτή της εγκατάστασης τοπικών δικτύων αυτόματης υπεδάφιας άρδευσης στις περιοχές χλοοτάπητα και στις δενδροστοιχίες. Παρόλο που στη βιβλιογραφία εμφανίζονται διαφορετικές απόψεις για το πόσο σημαντική τελικά είναι η εξοικονόμηση νερού που επιφέρουν τα συστήματα υπεδάφιας άρδευσης σε εκτάσεις χλοοτάπητα, είναι κοινή αντίληψη ότι η υπεδάφια άρδευση περιορίζει της απώλειες και είναι αποδοτικότερη από τον επιφανειακό ψεκασμό [Leinauer et al, 2010].
Στις περιοχές με φυτεύσεις θάμνων εγκαταστάθηκαν τοπικά δίκτυα αυτόματης επιφανειακής άρδευσης με σταλακτηφόρους σωλήνες. Εγκαταστάθηκαν επίσης τοπικά δίκτυα για τη σύνδεση κινητού εξοπλισμού (λάστιχα ποτίσματος).
Όλα τα τοπικά δίκτυα άρδευσης οργανώθηκαν σε ομάδες, τις ζώνες άρδευσης. Κάθε ζώνη άρδευσης είναι μια ομάδα τοπικών δικτύων διανομής του ίδιου τύπου με κοινή τροφοδότηση από ένα σημείο – την κεφαλή της ζώνης). Οι κεφαλές των ζωνών άρδευσης, και οι κεφαλές των γραμμών τροφοδότησης άλλων χρήσεων (καθαριότητα, πλύσεις λεκανών χώρων υγιεινής) εγκαταστάθηκαν σε υπέργειους πίνακες, τους Σταθμούς Άρδευσης που τροφοδοτούνται από το δίκτυο μη πόσιμου νερού. Στους Σταθμούς Άρδευσης τοποθετήθηκαν φίλτρα, διατάξεις έγχυσης ριζοαπωθητικού, ηλεκτροβάνες και εξοπλισμός παρακολούθησης και μέτρησης των ροών. Όλοι οι Σταθμοί Άρδευσης δικτυώθηκαν σε ένα Σύστημα Κεντρικού Ελέγχου. Μέσω αυτού του συστήματος γίνεται η ενεργοποίηση και απενεργοποίηση των διαφόρων ζωνών άρδευσης αλλά και όλων των άλλων καταναλώσεων μη πόσιμου νερού.
Οι μέγιστες ημερήσιες απαιτήσεις μη πόσιμου νερού εκτιμήθηκαν ίσες με 850 m3, λαμβάνοντας υπόψη τις απαιτήσεις αυτόματης άρδευσης (πίνακας εικόνας 3), μελλοντικές απαιτήσεις για την άρδευση γειτονικών περιοχών, απαιτήσεις για μη αυτόματη άρδευση, κάλυψη των απωλειών νερού από την εξάτμιση και πλύση των φίλτρων στα σιντριβάνια και τις λεκάνες νερού και τις απαιτήσεις για πλύσεις λεκανών στους χώρους υγιεινής. Η κατανάλωση αυτή αντιστοιχεί στην ημερήσια κατανάλωση νερού περίπου έξι χιλιάδων κατοίκων της πόλης.
Η παροχή αιχμής όλου του συστήματος διανομής νερού προσδιορίστηκε στα 150 m3/h. Είναι υπερδιπλάσια από το άθροισμα των μέγιστων παροχών όλων των υπαρχουσών γεωτρήσεων στη Νέα Παραλία. Απαιτήθηκε λοιπόν η ύπαρξη δεξαμενής ή δεξαμενών μη πόσιμου νερού.
4 Το σύστημα διαχείρισης νερού
Την τροφοδοσία των Σταθμών Άρδευσης, δηλαδή των κεφαλών όλων των γραμμών διανομής μη πόσιμου νερού αναλαμβάνει το σύστημα διαχείρισής του. Αυτό αποτελείται από τη δεξαμενή νερού με τις πηγές υδροδότησής της, ένα δίκτυο πιεστικών συγκροτημάτων και αντλιών που αναρροφά από τη δεξαμενή, τον κεντρικό καταθλιπτικό αγωγό, το πρωτεύον δίκτυο διανομής από τον καταθλιπτικό αγωγό προς τους Σταθμούς Άρδευσης και το Σύστημα Ελέγχου του.
Η δεξαμενή νερού έχει γεωμετρία γραμμική. Αποτελείται από τμήματα με μήκη από 10 έως 100 m και διατομή 1,00 x 0,80 m. Βρίσκεται σε βάθος 0,60-0,80 m (άνω παρειά) κάτω από το πλακόστρωτο της αλέας, αμέσως επάνω από τη στάθμη της θάλασσας (κάτω παρειά), ανάμεσα στις δύο δενδροστοιχίες, σε μήκος περίπου 2,2 km. Τα τμήματα της δεξαμενής κατασκευάστηκαν από τυποποιημένα ειδικά κιβώτια πολυπροπυλενίου που συνδέθηκαν μεταξύ τους μηχανικά και στη συνέχεια τυλίχτηκαν μέσα σε φύλλα στεγανωτικής μεμβράνης που εξωτερικά προστατεύεται με γεωύφασμα. Για την κατασκευή της δεξαμενής δεν απαιτήθηκαν ειδικές εκσκαφές και επιχώσεις αφού αυτές έγιναν για την τοποθέτηση των δενδροδόχων της αλέας. Κάθε τμήμα της δεξαμενής επικοινωνεί με τα γειτονικά του τμήματα με αγωγούς μεγάλης διατομής απευθείας ή μέσω φρεατίων. Το νερό μέσα στη δεξαμενή βρίσκεται σε ατμοσφαιρική πίεση. Στην Εικόνα 4 δίνεται τυπική τομή της δεξαμενής.
Η γραμμικότητά της δεξαμενής νερού επιτρέπει την αξιοποίηση όλων των πιθανών πηγών υδροδότησης που υπήρχαν ή θα υπάρξουν σε οποιαδήποτε θέση κατά μήκος της περιοχής, όπως και την εύκολη κάλυψη οποιασδήποτε νέας ανάγκης ακόμη και εάν αυτή δεν είχε προβλεφθεί.
Εικόνα 4 Η γραμμική δεξαμενή νερού – Τυπική τομή
Από τη γραμμική δεξαμενή αναρροφούν νερό 3 πιεστικά συγκροτήματα και 8 μεμονωμένες αντλίες και καταθλίβουν σε κοινό αγωγό που οδεύει παράλληλα με τη δεξαμενή κατά μήκος της αλέας. Η λειτουργία αυτού του «απλωμένου σε 3 χιλιόμετρα» πιεστικού συγκροτήματος εξασφαλίζει τη διανομή μη πόσιμου νερού με το χαμηλότερο κόστος άντλησης λόγω των μικρών απωλειών μεταφοράς.
Κύριες πηγές νερού σε πρώτη φάση είναι οι υπάρχουσες γεωτρήσεις του Δήμου. Την περίοδο μελέτης του έργου υπήρχαν έξι διαθέσιμες. Έργα συντήρησης και ανακατασκευής έγιναν σε τέσσερις από αυτές καθώς οι υπόλοιπες δύο είχαν ήδη τεθεί εκτός λειτουργίας. Η υπεράντληση στις γεωτρήσεις επιφέρει δραματική υποβάθμιση της ποιότητας του αντλούμενου νερού, λόγω της επικοινωνίας του υδροφόρου ορίζοντα στον οποίο βρίσκονται οι γεωτρήσεις με τη θάλασσα. Στο κέντρο περίπου της περιοχής υπήρχε πηγή αρτεσιανού νερού με μικρή παροχή. Αυτή συντηρήθηκε και ανακατασκευάστηκε ώστε να τροφοδοτεί τη γραμμική δεξαμενή.
Παρόλες τις προβλέψεις υπήρξε εξαρχής και υπάρχει και σήμερα σοβαρό έλλειμα νερού που καλύπτεται με πόσιμο νερό από το δίκτυο πόλης. Το δίκτυο πόλης μπορεί να τροφοδοτήσει τη δεξαμενή νερού με 7 γραμμές διατεταγμένες κατά μήκος.
Το πρόβλημα της έλλειψης πηγών νερού δεύτερης ποιότητας μπορεί να αντιμετωπιστεί αποτελεσματικά με την παραγωγή επαναχρησιμοποιούμενου νερού (επεξεργασμένα λύματα) που θα προέρχεται από το δίκτυο ακαθάρτων της πόλης. Για να γίνει αυτό πρέπει να εγκατασταθούν τερματικές μονάδες επεξεργασίας λυμάτων (Satellite WWTPs ή decentralized WWTPs) [Gikas and Tchobanoglous, 2009] για τη παραγωγή μη πόσιμου νερού από λύματα μέσα στην περιοχή της Νέας Παραλίας. Οι μονάδες αυτές θα «απομαστεύουν» ροές από το κεντρικό δίκτυο ακαθάρτων της πόλης και θα παράγουν μη πόσιμο νερό για την τροφοδότηση της γραμμικής δεξαμενής. Θα τοποθετηθούν μέσα ή δίπλα στα αντλιοστάσια του δικτύου ακαθάρτων της πόλης. Η τεχνολογία επεξεργασίας λυμάτων είναι πλέον σε θέση να δώσει ιδιαίτερα αξιόπιστες τυποποιημένες μονάδες αυτού του τύπου, σε συμπαγή μορφή, με σχετικά χαμηλό κόστος. Οι μονάδες θα διαθέτουν διατάξεις φίλτρων και απολύμανσης [Kellis at al., 2013]. Η ποιότητα των επεξεργασμένων λυμάτων (επαναχρησιμοποιούμενο νερό) μπορεί να πληροί τα κριτήρια που επιτρέπουν την επανάχρησή του για άρδευση ακόμη και αυτά της αυστηρής Ελληνικής νομοθεσία (ΚΥΑ 191002/2013). Το πρόβλημα της αυξημένης αλατότητας που εμφανίζεται στα επεξεργασμένα λύματα της κεντρικής μονάδας επεξεργασίας λυμάτων της πόλης λόγω της εισροής θαλασσινού νερού στο δίκτυο αποχέτευσης [Ilias et al., 2014] μπορεί να αντιμετωπιστεί με την επιλογή των καταλληλότερων θέσεων για την «απομάστευση» των λυμάτων.
Στην Εικόνα 5 δίνεται διαγραμματικά η διάταξη ενός τμήματος του συστήματος διαχείρισης νερού μετά την ολοκλήρωσή του.
5 Η δεξαμενή νερού ως γεωθερμικός εναλλάκτης
Το νερό της δεξαμενής χρησιμοποιήθηκε και για την τροφοδοσία αντλιών θερμότητας που τοποθετήθηκαν για τη θέρμανση και το δροσισμό των αναψυκτηρίων. Μικρές ανακυκλοφορίες νερού από τη δεξαμενή προς το αναψυκτήρια και πίσω προς τη δεξαμενή ενεργοποιούνται κάθε φορά που θα απαιτηθεί θέρμανση ή ψύξη στα αναψυκτήρια. Οι ροές αυτές νερού τροφοδοτούν αντλίες θερμότητας νερού – αέρα που βρίσκονται στα κτίρια.
Εικόνα 5 Διάγραμμα συγκρότησης του συστήματος διαχείρισης νερού
Με τον τρόπο αυτή η γραμμική δεξαμενή νερού λειτουργεί και σαν ένας ιδιότυπος γεωθερμικός εναλλάκτης που:
- ανταλλάσσει θερμότητα με το υπέδαφος αφού δέχεται νερό από τα υπόγεια υδροφόρα στρώματα που βρίσκονται σε βάθη 25 – 50 m μέσω των γεωτρήσεων
- ανταλλάσσει θερμότητα με τα επιφανειακά στρώματα του εδάφους και τη θάλασσα, αφού επάνω από την οροφή της δεξαμενής είναι οι τελικές στρώσεις δαπέδων, ενώ κάτω από τον πυθμένα της δεξαμενής το έδαφος διαβρέχεται από το νερό της θάλασσας που εισχωρεί στο χαλαρό υπέδαφος της επιχωματωμένης ακτής
- ανταλλάσσει θερμότητα με το δίκτυο πόσιμου νερού της πόλης (μελλοντικά από το δίκτυο ακαθάρτων της πόλης) αφού δέχεται νερό και από αυτό
- εξομαλύνει τις ανταλλαγές νερού και θερμότητας που λαμβάνουν χώρα όλη τη διάρκεια μιας ημέρας, με την μεγάλη χωρητικότητα που έχει.
Μελέτη [Μπόζης και Ντένη, 2014] κατέδειξε ότι η λειτουργία των συστημάτων αυτών θα είναι, ως προς την κατανάλωση πρωτογενούς ενέργειας, αποδοτικότερη από τη λειτουργία συμβατικών συστημάτων αντλιών θερμότητας αέρα – αέρα κατά 40% περίπου.
6 Συμπεράσματα
Ένα ολοκληρωμένο σύστημα διαχείρισης νερού που περιλαμβάνει το διαχωρισμό πόσιμου και μη πόσιμου νερού, τη χρήση εναλλακτικών πηγών τροφοδοσίας μη πόσιμου νερού, την αποθήκευσή του και την αυτόματη διανομή για άρδευση και καθαριότητα έχει εγκατασταθεί στη Ν. Παραλία Θεσσαλονίκης. Το σύστημα μπορεί να οδηγηθεί στην πλήρη σχεδόν απεξάρτησή του από το δίκτυο πόλης εάν τερματικοί σταθμοί επεξεργασίας μέρους των λυμάτων της πόλης συνδεθούν σε αυτό ως πηγές υδροδότησης.