Zielone dachy są budowane w dużych miastach, aby zapewnić zarządzanie wodą deszczową, zmniejszyć efekt miejskiej wyspy ciepła i poprawić jakość powietrza - ale czy są skuteczne?
John Buck, innowacyjny gleboznawca z Pittsburgha w Pensylwanii, próbował ilościowo odpowiedzieć na to pytanie w wielu różnych miastach przy użyciu sprzętu do monitorowania gleby w celu określenia skuteczności i najlepszych rodzajów zielonej infrastruktury do zarządzania wodami opadowymi.
DLACZEGO ZIELONE DACHY?
W starszych miastach spływy burzowe są zwykle łączone ze ściekami, a te połączone wody są oczyszczane w oczyszczalni ścieków podczas suchej pogody i lekkich opadów deszczu. Niestety, podczas bardziej znaczących burz (czasami tylko kilka mm deszczu) połączone przepływy przekraczają możliwości oczyszczalni ścieków i są odprowadzane bez oczyszczania do wód powierzchniowych jako "połączone przelewy ścieków" (CSO). Jednym ze sposobów łagodzenia CSO jest przechwytywanie i magazynowanie wody deszczowej, aby utrzymać ją z dala od kanalizacji ogólnospławnej. Zielony dach to zasadniczo ogród na dachu, ale zamiast uprawiać rośliny w glebie, instalatorzy używają syntetycznego podłoża wykonanego z łupka ekspandowanego, gliny ekspandowanej, pokruszonej cegły lub innego wysoce porowatego, lekkiego materiału o wysokim współczynniku infiltracji. Podczas burzy woda wsiąka w wypełnioną powietrzem przestrzeń porów w podłożu, które działa jak gąbka wchłaniająca deszcz. Nadmiar wody spłynie do podpowierzchniowej warstwy drenażowej i opuści ogród dachowy przez istniejące wpusty dachowe. Ponieważ znaczna część wody burzowej jest przechowywana w podłożu, może ona później rozproszyć się poprzez ewapotranspirację, zamiast przyczyniać się do objętości wody burzowej i CSO.
ZNAJDOWANIE ODPOWIEDZI
Projektanci i organy regulacyjne chcą wiedzieć, jak dobrze działają zielone dachy i czy nie są one nadmiernie projektowane. Chcą uzyskać odpowiedzi na pytania takie jak: "Jakiego rodzaju podłoża powinienem użyć? Jaki rodzaj roślin może przetrwać na zielonym dachu? Czy będę musiał nawadniać zielony dach, gdy nie będzie burz, aby podlać rośliny?" oraz "Czy zielony dach będzie działał tak samo dobrze podczas burzy o wysokości jednego cala, która wystąpi w ciągu pół godziny, w porównaniu z burzą o wysokości pięciu cali, która wystąpi w ciągu pięciu dni?". Buck używa lizymetrów glebowych i zmodyfikowanych deszczomierzy kubełkowych do pomiaru ilości, intensywności i jakości wody wpływającej i wypływającej z zielonych dachów. Śledzi również parametry pogodowe i oblicza dzienną ewapotranspirację krajobrazów. Korzystając z czujników gleby METER, mierzy przewodność elektryczną (rozpuszczone sole), objętościową zawartość wody i temperaturę. Zainstalował rejestratory danych METER, które wysyłają dane do sieci za pośrednictwem połączenia komórkowego GSM, umożliwiając zainteresowanym stronom dostęp do danych w czasie rzeczywistym. Telemetria danych zapewnia dodatkowe bezpieczeństwo danych, natychmiastową aktualizację wyników, natychmiastową informację zwrotną o problemach z systemem oraz łatwy sposób udostępniania danych innym osobom.
CZEGO SIĘ NAUCZYLIŚMY?
Buck odkrył, że zielone dachy mają znacznie większą pojemność, niż ludzie kiedykolwiek sobie wyobrażali. W The Penfield Apartments w St. Paul w Minnesocie zielony dach zatrzymał wystarczającą ilość wody, aby zmniejszyć spływ do około połowy konwencjonalnego dachu, a szczytowa intensywność spływu wynosiła około jednej czwartej tego, co byłoby bez zielonego dachu. W Phipps Conservatory w Pittsburghu odnotowano 87% roczną redukcję spływu i prawie całkowity brak spływu podczas typowych letnich opadów deszczu. Buck komentuje: "Co ciekawe, w projekcie Penfield spodziewaliśmy się lepszej wydajności hydrologicznej tam, gdzie gleby były grubsze, ale nie było różnicy lub wyniki były nieco odwrotne do oczekiwań. To odwrócenie było prawdopodobnie spowodowane zakłócającym wpływem nawadniania, które prawdopodobnie nie było jednolite i nie było mierzone ani mierzone przez miernik deszczu".
NOWE WYZWANIA DLA ZIELONYCH DACHÓW
Wyniki dotyczące zielonych dachów są obiecujące, ale stanowią nowe wyzwanie: upewnienie się, że rośliny mają wystarczającą ilość wody. Istotą tego wyzwania jest to, że lekki, ekspandowany materiał podłoża łupkowo-gliniastego, standard w projektowaniu zielonych dachów, dobrze radzi sobie z wchłanianiem wody, ale ma pewne szczególne właściwości, które różnią się od typowych gleb. W szczególności, ekspandowany łupek i ekspandowana glina są zdominowane przez piasek i drobne cząstki wielkości żwiru, które zapewniają wysoki udział makroporów, ale wewnętrzna porowatość dużych cząstek jest zdominowana przez mikropory. Taki rozkład wielkości porów prowadzi badaczy do dwóch ważnych pytań - ile wody będzie łatwo dostępne dla wzrostu roślin? I czy nienasycona przewodność hydrauliczna będzie odpowiednia, aby uniknąć głodzenia korzeni przy wysokim zapotrzebowaniu na parowanie, umożliwiając przepływ wody do korzeni z gleby? Są to krytyczne pytania, ponieważ technologie zielonych dachów wciąż ewoluują.
POMIARY WYMAGANE DO WALIDACJI ZIELONEGO DACHU
Mimo to Buck wiele się nauczył dzięki swojej pracy. Biorąc pod uwagę dziki rozkład przestrzenny letnich burz, ilościowe badania wydajności zielonych dachów wymagają lokalnego pomiaru opadów deszczu. Monitorowanie pomiarów wilgotności gleby w połączeniu z opadami deszczu i pomiarami drenażu za pomocą lysimeter glebowego ujawnia stopień całkowitego i kapilarnego nasycenia, szybkość drenażu i porowatość dostępną do przechowywania. Czujniki potencjału wody glebowej METER, umieszczone w obrębie kapilarnego obrzeża wody gromadzącej się nad podpowierzchniowymi warstwami drenażowymi, mogą dostarczyć przydatnych informacji na temat suchości warstwy drenażowej i leżącej nad nią gleby, a także dostępnego magazynowania wody burzowej w warstwie drenażowej. Bezpośredni pomiar drenażu gleby za pomocą lizymetrów jest kluczowym dodatkowym pomiarem w projektach kwantyfikacji wydajności zielonych dachów, ponieważ istnieje niemierzony składnik magazynowania wody, w którym odporne na suszę alpejskie sukulenty (zazwyczaj gatunki Sedum) są stosowane na zielonych dachach. Rozchodniki mogą wchłonąć do 10 mm ekwiwalentu opadów w swoich tkankach roślinnych.
INNE PROJEKTY I PLANY NA PRZYSZŁOŚĆ
Na poziomie gruntu Buck kwantyfikuje wydajność obszarów intensywnej infiltracji wody deszczowej znanych jako ogrody deszczowe, obszary bioretencji lub bardziej ogólnie, najlepsze praktyki zarządzania wodą deszczową oparte na infiltracji (BMP oparte na infiltracji). Podczas monitorowania BMP opartych na infiltracji wody deszczowej, Buck użył podobnych narzędzi do tych stosowanych na zielonych dachach, ale dodał czujniki poziomu wody i piezometry. Buck odkrył, że pomocnicze pomiary przewodności elektrycznej, często dostępne w czujnikach zawartości wody, wraz z pobieraniem próbek wody powierzchniowej i porowej, mogą być wykorzystywane do dokumentowania przemian zachodzących w systemach infiltracyjnych. Pomiary te pokazują obecnie, że zielone dachy i systemy BMP oparte na infiltracji rzeczywiście zmieniają środowisko miejskie i przyczyniają się do powstawania CSO. Wyzwanie polega teraz na tym, jak wdrożyć tę technologię na szerszą skalę. Jednak dzięki przeprowadzonej walidacji zadanie to powinno być znacznie łatwiejsze.
Odkryj rejestratory danych METER, czujniki wilgotności gleby i potencjału wody
Studia przypadków, webinaria i artykuły, które pokochasz
Regularne otrzymywanie najnowszych treści.
