Projekt o niskim wpływie na środowisko: Czujniki weryfikują zarządzanie zasobami wód gruntowych w Kalifornii
Naukowiec z laboratorium w Berkley, dr Michelle Newcomer, chciała dowiedzieć się, jak skuteczne są projekty o niskim wpływie na środowisko w infiltracji i magazynowaniu wody deszczowej w suchym klimacie , Zainstalowała więc czujniki wilgotności gleby i potencjału wodnego METER w ogrodach deszczowych i rowach infiltracyjnych wokół kalifornijskiego systemu warstw wodonośnych Coastal Westside Basin w ramach badania, aby się tego dowiedzieć.
Konstrukcje o niskim wpływie na środowisko
Globalne zasoby wód podziemnych w środowiskach miejskich i przybrzeżnych są bardzo wrażliwe na zwiększoną presję człowieka i zmienność klimatu. Nieprzepuszczalne powierzchnie, takie jak budynki, drogi i parkingi, zapobiegają infiltracji, zmniejszają zasilanie leżących poniżej warstw wodonośnych i zwiększają ilość zanieczyszczeń w spływach powierzchniowych, które często przepełniają systemy kanalizacyjne. Aby złagodzić te skutki, miasta na całym świecie przyjmują podejście do projektowania o niskim wpływie (LID), aby skierować spływ do naturalnych systemów roślinnych, takich jak ogrody deszczowe, które zmniejszają, filtrują i spowalniają spływ wody deszczowej. LID hipotetycznie zwiększa szybkość infiltracji i ładowania do warstw wodonośnych.
Infiltracja i ładowanie
Michelle i zespół z Uniwersytetu Stanowego w San Francisco, pod kierunkiem dr Jasona Gurdaka, zdali sobie sprawę, że wpływ LID na szybkość i jakość ładowania nie był znany, szczególnie podczas intensywnych opadów w miastach wzdłuż wybrzeża Pacyfiku w odpowiedzi na międzyroczną zmienność Oscylacji Południowej El Niño (ENSO). Korzystając z czujników potencjału wody METER (ssania gleby) i zawartości wody, była w stanie określić ilościowo obecne i przewidywane wskaźniki infiltracji i ładowania do systemu wodonośnego California Coastal Westside Basin. Zespół porównał rów infiltracyjny LID otoczony ogrodem deszczowym z tradycyjnym trawnikiem w San Francisco.
Mówi: "Miasta takie jak San Francisco wdrażają te struktury LID, a my chcieliśmy sprawdzić ilość wody, która przez nie przepływa. Byliśmy szczególnie zainteresowani różnymi scenariuszami klimatycznymi, takimi jak El Niño i La Niña, ponieważ opady deszczu są znacznie bardziej intensywne w latach El Niño i mogą powodować gwałtowne powodzie lub problemy z przelewaniem się zanieczyszczeń powierzchniowych".
Czujniki opowiadają historię
Zespół badawczy przyjrzał się różnicom w ilości wody przepuszczanej przez struktury LID. Michelle mówi: "Czujniki potencjału wodnego i wilgotności gleby dostarczyły danych potwierdzających, że obszary LID skutecznie wychwytują wodę, infiltrują ją wolniej i zasadniczo magazynują ją w warstwie wodonośnej". Zespół przetestował, jak rów infiltracyjny o niskim wpływie na rozwój w porównaniu z nawadnianym trawnikiem i stwierdził, że wydajność ładowania rowu infiltracyjnego, wynosząca od 58% do 79%, była znacznie wyższa niż trawnika, wynosząca od 8% do 33%.
Dowiedz się, który czujnik wilgotności gleby jest odpowiedni dla Twojego zastosowania
Deszczomierze przynoszą niespodzianki
Chociaż nie było to częścią pierwotnego planu badaczy, wykorzystali oni deszczomierze do pomiaru opadów, co przyniosło zaskakujące dane.
Michelle komentuje: "Zamierzaliśmy skorzystać z bazy danych San Francisco, ale z powodu mgły konieczne okazało się użycie deszczomierzy. Mgła przyniosła ze sobą wiele opadów, które nie pojawiły się w postaci kropel deszczu. Skraplając się na liściach, dostarczała znaczną część wody do budżetu, co było dla mnie zaskakujące. Deszczomierz wychwycił kondensat na lejku instrumentu, dzięki czemu mogliśmy zobaczyć, że napływa pewna ilość wody, która jest zwykle pomijana w wielu badaniach".
Przyszłe opady El Niño
Michelle znalazła również kilka naprawdę interesujących wyników dotyczących El Niño i La Niña. Mówi: "Przeprowadziłam analizę historyczną, aby ustalić wartości bazowe dla częstotliwości, intensywności i czasu trwania opadów w latach El Niño i La Niña. Następnie przeprowadziłam prognozowane dane klimatyczne za pomocą modelu Hydrus-2D, a modele wykazały, że przy przyszłej intensywności El Niño wskaźniki ładowania były efektywnie wyższe dla danego zdarzenia opadowego. Podczas tych wydarzeń, w typowych warunkach miejskich, woda spływa tak szybko, że tylko te ogrody deszczowe i rowy byłyby w stanie przechwycić deszcz, który w przeciwnym razie zostałby utracony do oceanu. Kontrastuje to ze scenariuszem klimatycznym La Niña, w którym zazwyczaj występuje mniej deszczu, który jest bardziej rozproszony. Większość tego deszczu może ostatecznie zostać utracona w wyniku parowania w latach suchych. Tak więc przy użyciu czujników i modelowania 2D potwierdziliśmy hipotezę, że struktury LID zapewniają usługę magazynowania wody, szczególnie w latach El Niño, w których występują bardziej intensywne burze deszczowe".
Badania Michelle zostały opublikowane w prasie internetowej, a także w AGU EOS Editor's spotlight. Jej wyniki zostały opublikowane w czasopiśmie Water Resources Research.