Numerical assessment of green infrastructure and permeable pavements influence on runoff outflow in small-scale industrial catchment

• Autorzy: Iwanowa Aleksandra , Musz-Pomorska Anna , Widomski Marcin K.

Identyfikatory

DOI

10.15199/17.2023.9.3

Warianty tytułu

PL

Numeryczna ocena wpływu zielonej infrastruktury i pokryć wodoprzepuszczalnych na spływ powierzchniowy w niewielkiej zlewni przemysłowej

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Increased number of extreme rainfall events, related to currently observed climate changes, in combination with the limited capacity of existing stormwater systems may pose a significant threat of rapid flooding in urbanized catchment. Thus, the growing popularity of Low Impact Development techniques, including green roofs and permeable pavements allowing to collect, evaporate and infiltrate rainwater directly in the urbanized catchment is understandable. This paper presents an attempt of numerical assessment of green roofs and permeable pavements efficiency in limiting the peak flows and volume of rainwater runoff generated in a selected urbanized industrial catchment. Four variants of rainwater management were studied, including no LID application and variable installation of extensive green roofs and permeable pavements. The numerical calculations were performed in SWMM 5.2, EPA, USA software for three real rainfall events of different intensity. The proposed manners of LID installation allowed to significantly reduce runoff peak flows and volume, in mean ranges of 13.4 - 58.9% and 22.6 - 70.8%, respectively.

PL

Zwiększona liczba deszczy nawalnych, wynikająca z obserwowanych aktualnie zmian klimatycznych, w połączeniu z ograniczoną przepustowością istniejących systemów odprowadzania wód deszczowych może stwarzać znaczne zagrożenie powodziami błyskawicznymi w zlewniach miejskich. Dlatego też zrozumiała jest wzrastająca popularność rozwiązań Low Impact Development, w tym zielonych dachów i pokrycia z betonów wodoprzepuszczalnych, umożliwiających powstrzymywanie, odparowanie i infiltrację wód deszczowych bezpośrednio w zlewani zurbanizowanej. Niniejsza praca przedstawia próbę numerycznej oceny efektywności zastosowania zielonych dachów i pokryć wodoprzepuszczalnych do obniżenia przepływów szczytowych oraz objętości spływu powierzchniowego w wybranej zurbanizowanej zlewni przemysłowej. Rozważono cztery warianty zagospodarowania wód deszczowych, bez instalacji LID oraz dla wariantowej instalacji ekstensywnych zielonych dachów i powierzchni wodoprzepuszczalnych. Obliczenia symulacyjne przeprowadzono za pomocą programu SWMM 5.2, EPA, USA dla trzech rzeczywistych opadów deszczu o różnym natężeniu. Zaproponowane warianty wykorzystania LID w badanej zlewni pozwoliły na znaczne obniżenie przepływów szczytowych i objętości spływu powierzchniowego, odpowiednio w zakresie 13.4 - 58.9% i 22.6 - 70.8%.

Słowa kluczowe

EN

green roofs; permeable pavement; LID; SWMM; rainfall runoff; modeling

PL

zielone dachy; powierzchnie wodoprzepuszczalne; LID; SWMM; odpływ wód opadowych

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Gaz, Woda i Technika Sanitarna
• Rocznik: 2023
• Tom: Nr 9
• Strony: 15--20
• Opis fizyczny: Bibliogr. 30 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Iwanowa Aleksandra

• Politechnika Lubelska, Wydział Inżynierii Środowiska, Katedra Zaopatrzenia w Wodę i Usuwania Ścieków, Nadbystrzycka 40B, 20-618 Lublin

autor

Musz-Pomorska Anna

• Politechnika Lubelska, Wydział Inżynierii Środowiska, Katedra Zaopatrzenia w Wodę i Usuwania Ścieków, Nadbystrzycka 40B, 20-618 Lublin

autor

Widomski Marcin K.

• Politechnika Lubelska, Wydział Inżynierii Środowiska, Katedra Zaopatrzenia w Wodę i Usuwania Ścieków, Nadbystrzycka 40B, 20-618 Lublin

Bibliografia

• [1] Anker Y., Mirlas V., Gimburg A., Zilberbrand M., Nakonechny F., Meir I., Inbar M. 2019. "Effect of rapid urbanization on Mediterranean karstic mountainous drainage basins", Sustainable Cities and Society, vol. 51: 101704. DOl: 10.1016/j.ses.2019.101704.
• [2] ASTM C1701/C1701M-09, Standard Test Method for Infiltration Rate of In Place Pervious Concrete, ASTM Book of Standards Volume: 04.02, DOI: 10.1520/C1701_C1701M-09.
• [3] Berndtsson J. 2010. "Green Roof Performance towards Management of Runoff Water Quantity and Quality: A Review", Ecological Engineering, vol. 36: 351-360, DOI: 10.1016/j.ecoleng.2009.12.014.
• [4] Bhaskar A. S., Hogan D. M., Archfield S. A. 2016. "Urban base flow with low impact development", Hydrol. Process., vol. 30: 3156-3171. DOI: 10.1002/hyp.10808.
• [5] Bianchini F., Hewage K. 2012. "How "green" are the green roofs? Lifecycle analysis of green roof materials", Building and Environment, vol. 48: 57-65, DOI: 10.1016/j.buildenv.2011.08.019.
• [6] Boogaard F., Lucke T. 2019. "Long-Term Infiltration Performance Evaluation of Dutch Permeable Pavements Using the Full-Scale Infiltration Method", Water, vol.11(2): 320, DOI: 10.3390/w11020320.
• [7] Burszta-Adamiak E. 2012. "Analysis of stormwater retention on green roofs", Arch. Environ. Prot., vol. 38(4): 3-13, https://doi.org/10.2478/v10265-012-0035-3.
• [8] Burszta-Adamiak E., Stańczyk, J., Łomotowski J. 2019. "Hydrological performance of green roofs in the context of the meteorological factors during the 5-year monitoring period", Water Environ. J., vol. 33: 144-145. DOI: 144-154.10.1111/wej.12385.
• [9] Chen Y., Zhou H., Zhang H., Du G., Zhou J. 2015. "Urban flood risk warning under rapid urbanization", Environ Res, vol. 139(3): 10, DOI: 10.1016/j.envres.2015.02.028.
• [10] Gong Y., Yin D., Fang X., Zhai D., Li J. 2018. "Rainwater retention effects of extensive green roofs monitored under natural rainfall events - a case study in Beijing", Hydrol. Res., vol. 49(6): 1773-1787, DOl: 10.2166/nh.2018.144.
• [11] Green Roof Guidelines - Guidelines for the Planning, Construction and Maintenance of Green Roofs. Available online: https://shop.fll.de/de/green-roof-guidelines-2018-download.html.
• [12] Green Roof Organization. The GRO Green Roof Code. Available online: https://livingroofs.org/wp-content/uploads/2016/03/grocode2014.pdf.
• [13] Guerreiro S. B., Dawson R. J., Kilsby C., Lewis E., Ford A. 2018. "Future heat-waves, droughts and floods in 571 European cities", Environ. Res. Lett., vol.13(3): 034009, DOI: 10.1088/1748-9326/aaaad3.
• [14] Hammond M. J., Chen A. S., Djordjević S., Butler D., Mark O. 2015. "Urban flood impact assessment: a state-of-the-art review", Urban Water J., vol. 12: 14-29, DOI: 10.1080/1573062X.2013.857421.
• [15] Hilten R. N., Lawrence T. M., Tollner E, W. 2008. "Modeling stormwater runoff from green roofs with HY DRUS-I", Journal of Hydrology, vol. 358: 288-293, DOI: 10.1016/j.jhydrol.2008.06.010.
• [16] https://www.boughton.co.uk/wp-content/uploads/sites/14/2019/07/Boughton-Product-information-EX-Light.pdf.
• [17] Kaźmierczak B., Kotowski A. 2014. "The influence of precipitation intensity growth on the urban drainage systems designing", Theor. Appl. Climatol., Vol. 118: 285-296, DOI: 10.1007/s00704-013-1067-x.
• [18] Lazzarin R. M., Castellotti F., Busato F. 2005. "Experimental measurements and numerical modelling of a green roof", Energy and Buildings, vol. 37(12): 1260-1267, DOI: 10.1016/j.enbuild.2005.02.001.
• [19] Lin J. Y., Yuan T. C., Chen C. F. 2021. "Water Retention Performance at Low-Impact Development (LID) Field Sites in Taipei, Taiwan", Sustainability, vol. 13: 759, DOI: 10.3390/su13020759.
• [20] Manso M., Teotónio I., Silva C. M., Cruz C. O. 2021. "Green roof and green wall benefits and costs: A review of the quantitative evidence", Renewable Sustainable Energy Rev., vol. 135: 110111, DOI: 10.1016/j.rser.2020.110111.
• [21] Özerol G., Dolman N., Bormann H., Bressers H., Lulofs K., Böge M. 2020. "Urban water management and climate change adaptation: A self-assessment study by seven midsize cities in the North Sea Region", Sustainable Cities and Society, vol. 55: 102066. DOI: 10.1016/j.scs.2020.102066.
• [22] Paithankar D. N., Taji S. G. 2020. "Investigating the hydrological performance of green roofs using storm water management model", Mater. Today: Proceedings, vol. 32(4): 943-950, DOI: 10.1016/j.matpr.2020.05.085.
• [23] Rossman L. A. 2009. "Storm water management model user's manual version 5.0. National risk management research laboratory", Office of research and development. U.S. Environmental Protection Agency. Cincinnati.
• [24] Saadeh S., Ralla A., Al.-Zubi Y., Wu R., Harvey J. 2019. "Application of fully permeable pavements as a sustainable approach for mitigation of stormwater runoff", International Journal of Transportation Science and Technology, vol.8: 338-350, DOI: 10.1016/j.ijtst.2019.02.001.
• [25] Santato S., Bender S., Schaller M. 2013. "The European Floods Directive and Opportunities offered by Land Use Planning", CSC Report 12, Climate Service Center, Germany.
• [26] Sartipi M., Sartipi F. 2019. "Stormwater retention using pervious concrete pavement: Great Western Sydney case study", Case Studies in Construction Materials, vol. 11: e00274, DOI: 10.1016/j.csem.2019.e00274.
• [27] Shafique M., Kim R., Kyung-Ho K. 2018. "Green Roof for Stormwater Management in a Highly Urbanized Area: The Case of Seoul, Korea", Sustainability, vol. 10: 584, DOI: 10.3390/su10030584.
• [28] US EPA. 2000. Low Impact Development (LID) Literature Review and Fact Sheets. US EPA Document # EPA-841-B-00-005.
• [29] Widomski M. K., Musz-Pomorska A., Gołębiowska J. 2023. "Hydrologic Effectiveness and Economic Efficiency of Green Architecture in Selected Urbanized Catchment", Land, vol. 12: 1312, DOI: 10.3390/land12071312.
• [30] Zhu H., Yu M., Zhu J., Lu H., Cao R. 2019. "Simulation study on effect of permeable pavement on reducing flood risk of urban runoff", International Journal of Transportation Science and Technology, vol. 8: 373-382, DOI: 10.1016/j.ijtst.2018.12.001.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2024).