Role of drainage layer on green roofs in limiting the runoff of rainwater from urbanized areas

• Autorzy: Baryła Anna M.

Identyfikatory

DOI

10.2478/jwld-2019-0022

Warianty tytułu

PL

Rola warstwy drenażowej na zielonych dachach w ograniczaniu odpływu wód opadowych z terenów zurbanizowanych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Green roofs play a significant role in sustainable drainage systems. They form absorbent surfaces for rainwater, which they retain with the aid of profile and plants. Such roofs therefore take an active part in improving the climatic conditions of a city and, more broadly, the water balance of urbanized areas. One of the factors influencing the hydrological efficiency of green roofs is the drainage layer. In the article, column studies were carried out under field conditions involving the comparison of the retention abilities of two aggregates serving as the drainage layer of green roofs, i.e. Leca® and quartzite grit. The average retention of the substrate was 48%; for a 5 cm drainage layer of Leca® retention was 57%, for a 10 cm layer of Leca average retention was 61%. For a 5 cm layer of quartzite grit average retention was 50%, for 10 cm layer of quartzite grit 53%. The highest retention was obtained for the column with the substrate and 10-centimeter layer of Leca®. At the same time, it was shown that Leca® is a better retention material than quartzite grit. The initial state of substrate moisture content from a green roof appears to be a significant factor in reducing rainfall runoff from a green roof; the obtained values of initial moisture content made for a higher correlation than the antecedent dry weather period.

PL

Istotną rolę w zrównoważonych systemach drenażu odgrywają zielone dachy. Są powierzchniami chłonnymi w odniesieniu do wód opadowych, które retencjonują w profilu i za pomocą roślin. Biorą zatem czynny udział w poprawie warunków klimatycznych miasta, a szerzej bilansu wodnego terenów zurbanizowanych. Jednym z czynników wpływających na wydajność hydrologiczną zielonych dachów jest warstwa drenażowa. W artykule przedstawiono wyniki badań kolumnowych przeprowadzonych w warunkach polowych, w których porównano retencyjność dwóch kruszyw wykorzystywanych jako warstwa drenażowa na zielonych dachach – keramzytu i grysu kwarcytowego. Średnia retencja substratu wyniosła wyniosła 48%, dla 5 cm warstwy drenażowej z Leca® wyniosła 57%, dla warstwy 10 cm średnia retencja wyniosła 61%. Dla grysu kwarcytowego średnia retencja wyniosła dla 5 cm warstwy drenażowej 50%, dla 10 cm warstwy drenażowej 53%. Największą retencję uzyskano w kolumnie z substratem i 10-centymetrową warstwą keramzytu. Wykazano, że keramzyt jest lepszym materiałem retencyjnym niż grys kwarcytowy. Początkowy stan wilgotności podłoża z zielonego dachu wydaje się być istotnym czynnikiem w redukcji odpływu wód opadowych z dachu zielonego. Uzyskane wyniki wilgotności początkowej dały silniejszą korelację niż czas pomiędzy opadami.

Słowa kluczowe

EN

drainage layer; green roof; retention; runoff; substrates

PL

odpływ; retencja; warstwa drenażowa; dach zielony

• Wydawca: Wydawnictwo ITP
• Czasopismo: Journal of Water and Land Development
• Rocznik: 2019
• Tom: no. 41
• Strony: 12--18
• Opis fizyczny: Bibliogr. 47 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Baryła Anna M.

• Warsaw University of Life Sciences, Faculty of Civil and Environmental Engineering, Nowoursynowska 166, 02-787 Warszawa, Poland

Bibliografia

• ATALLAH M., HAZZAB A., SEDDINI A., GHENAIM A., KORICHI K. 2018. Inundation maps for extreme flood events: Case study of Sidi Bel Abbes city, Algeria. Journal of Water and Land Development. No. 37 p. 19–27. DOI 10.2478/jwld-2018-0021.
• BANTING D., DOSHI H., LI J., MISSIOS P. 2017. Report on the benefits and costs of green roof technology for the city of Toronto [online]. [Access 10.10.2017]. Available at: https://web.toronto.ca/wp-content/uploads/2017/08/8f39-Report-on-the-Environmental-Benefits-and-Costs-of-Green-Roof-Technology-for-the-City-of-Toronto-Full-Report.pdf
• BARYŁA A., KARCZMARCZYK A., BRANDYK A., BUS A. 2018a. The influence of a green roof drainage layer on retention capacity and leakage quality. Water Science and Technology. Vol. 77. Iss. 12 p. 2886–2895. DOI 10.2166/wst.2018.283.
• BARYŁA A., KARCZMARCZYK A., BUS A. 2018b. Role of substrates used for green roofs in limiting rainwater runoff. Journal of Ecological Engineering. Vol. 19. Iss. 5 p. 86–92.
• BARSZCZ M. 2016. Analysis of probable flows based on the rainfall-runoff model for flood scenarios: A case study of the Losse River catchment (Germany). Polish Journal of Environmental Studies. Vol. 25. No. 4 p. 1403–1413.
• BEATTIE D., BERGHAGE R. 2004. Green roof media characteristics: The basics [The 7th annual greening rooftops for sustainable communities conference]. [2–4.07.2004 Portland].
• BENGTSSON L., GRAHN L., OLSSON J. 2005. Hydrological function of a thin extensive green roof in southern Sweden. Nordic Hydrology. Vol. 36. Iss. 3 p. 259–268.
• BERNDTSSON J.C. 2010. Green roof performance towards management of runoff water quantity and quality: A review. Ecological Engineering. Vol. 36 p. 351–360.
• BERRETTA C., POË S., STOVIN V. 2014. Moisture content behavior in extensive green roofs during dry periods: The influence of vegetation and substrate characteristics. Journal of Hydrology. Vol. 511 p. 374–386.
• BOAS BERG A., RADZIEMSKA M., ADAMCOVÁ D., VAVERKOVÁ M.D. 2017. Green roofs as an alternative solution to reduced green surface area in highly urbanized cities of the European Union – the study case of the Netherlands. Acta Scientiarum Polonorum. Architectura. Vol. 16. Iss. 4 p. 59–70. DOI 10.22630/ASPA. 2017.16.4.06.
• BUFFAM I., MITCHELL M.E., DURTSCHE R.D. 2016. Environmental drivers of seasonal variation in green roof water quality. Ecological Engineering. Vol. 91 p. 506–514.
• BURSZTA-ADAMIAK E., ŁOMOTOWSKI J.I, WIERCIK P. 2014. Zielone dachy jako rozwiązania poprawiające gospodarkę wodami opadowymi w miastach [Green roofs as a tool for improvement the stormwater management in urban areas]. Inżynieria Ekologiczna. Nr 39 p. 26–32.
• BUS A., KARCZMARCZYK A., BARYŁA A. 2016. The use of reactive material for limiting p-leaching from green roof substrate. Water Science and Technology. Vol. 73. Iss. 12 p. 3027–3032. DOI 10.2166/wst.2016.173.
• CATALANO C., LAUDICINA V.A., BADALUCCO L., GUARINO R. 2018. Some European green roof norms and guidelines through the lens of biodiversity: Do ecoregions and plant traits also matter? Ecological Engineering. Vol. 115 p. 15–26.
• DAFA 2015. Dachy zielone. Wytyczne do projektowania, wykonywania i pielęgnacji dachów zielonych – wytyczne dla dachów zielonych [Guidelines for designing, constructing and caring for green roofs – guidelines for green roofs]. Opole, Poland. Stowarzyszenie Wykonawców Dachów Płaskich i Fasad (DAFA) pp. 84.
• EMILSSON T., CZEMIEL BERNDTSSON J., MATTSSON J.E., ROLF K. 2007. Effect of using conventional and controlled release fertiliser on nutrient runoff from various vegetated roof systems. Ecological Engineering. Vol. 29. Iss. 3 p. 260–271. DOI 10.1016./j.ecoleng.2006.01.001.
• GETTER K.L., ROWE D.B., ANDRESEN J.A. 2007. Quantifying the effect of slope on extensive green roof stormwater retention. Ecological Engineering. Vol. 31. Iss. 4 p. 225–231. DOI 10.1016/j.ecoleng.2007.06.004.
• HAKIMDAVAR R., CULLIGAN P.J., FINAZZI M., BARONTINI S.I., RANZI R. 2014. Scale dynamics of extensive green roofs: quantifying the effect of drainage area and rainfall characteristics on observed and modeled green roof hydrologic performance. Ecological Engineering. Vol. 73 p. 494–508. DOI 10.1016/j.ecoleng.2014.09.080.
• KARCZMARCZYK A., KOCIK A. 2017. Wpływ miąższości reaktywnej warstwy drenażowej na odpływ fosforanów z zielonego dachu [Influence of the thickness of the P-reactive drainage layer on phosphate content in green roof runoff]. Przegląd Naukowy – Inżynieria i Kształtowanie Środowiska. Nr 26 (4) p. 447–456. DOI 10.22630/PNIKS.2017.26.4.43.
• KÖHLER M. 2006. Long-term vegetation research on two extensive green roofs in Berlin. Urban Habitats. No. 4 p. 3–26.
• Leca® undated. Keramzyt [Expanded clay] [online]. [Access 10.10.2017]. Available at: http://leca.pl/produkty
• MORGAN S., CELIK S., RETZ W. 2013. Green roof stormwater runoff quantity and quality. Journal of Environmental Engineering. Vol. 139. Iss. 4 p. 471–478.
• MROWIEC M., SOBCZYK M. 2014. Ekologiczne zagospodarowanie wód opadowych – zielone dachy [Ecological management of rainwaters – green roofs]. Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie. T. 14. Z. 4(48) s. 53–61.
• PALLA A., GNECCO I., LANZA L.G. 2010. Hydrologic restoration in the urban environment using green roofs. Water. Vol. 2 p. 140–154. DOI 10.3390/w2020140.
• PALLA A., GNECCO I., LANZA L.G. 2012. Compared performance of a conceptual and a mechanistic hydrologic models of a green roof. Hydrological Processes. Vol. 26 p. 73–84.
• PĘCZKOWSKI G., KOWALCZYK T., SZAWERNOGA K., ORZEPOWSKI W., ŻMUDA R., POKŁADEK R. 2018. Hydrological performance and runoff water quality of experimental green roofs. Water. Vol. 10 (1185) pp. 15.
• PN-EN 1097-3:2000 Badania mechanicznych i fizycznych właściwości kruszyw – Oznaczanie gęstości nasypowej i jamistości [Tests of mechanical and physical properties of aggregates – Determination of loose bulk density and voids].
• PN-EN 1936:2010 Metody badań kamienia naturalnego – Oznaczanie gęstości i gęstości objętościowej oraz całkowitej i otwartej porowatości [Methods of testing natural stone – Determination of density and bulk density as well as total and open porosity].
• PN-EN 13242 Kruszywa do niezwiązanych i związanych hydraulicznie materiałów stosowanych w obiektach budowlanych i budownictwie drogowym [Aggregates for unbound and hydraulically bound materials used in buildings and road construction].
• PN-ISO 11277:2005 Jakość gleby – Oznaczanie składu granulometrycznego w mineralnym materiale glebowym – Metoda sitowa i sedymentacyjna [equivalent to ISO 11277:2009 Soil quality – Determination of particle size distribution in mineral soil material – Method by sieving and sedimentation].
• ROMANIAK A. 2017. Assesment of the relation between atmospheric precipitation and rainwater runoff for various urban surfaces. Journal of Water and Land Development. No. 32 p. 87–94. DOI 10.1515/jwld-2017-0010.
• SIMS A., ROBINSON C., SMART C., VOOGT J., HAY G., LUNDHOLM J., POWERS B., O’CARROLL D. 2016. Retention performance of green roofs in three different climate regions. Journal of Hydrology. Vol. 542 p. 115–124.
• SOBCZYK M., MROWIEC M. 2016. Retention capacity of extensive green roofs. Journal of Water and Land Development. No. 30 p. 113–117. DOI 10.1515/jwld-2016-0027.
• SOULIS K., NTOULAS N., NEKTARIOS P., KARGAS G. 2017. Runoff reduction from extensive green roofs having different substrate depth and plant cover. Ecological Engineering. Vol. 102 p. 80–89.
• SPEAK A.F., ROTHWELL J.J., LINDLEY S.J., SMITH C.L. 2013. Rainwater runoff retention on an aged intensive green roof. Science of the Total Environment. Vol. 461–462 p. 28–38.
• STOVIN V., POË S., BERRETTA C. 2013. A modelling study of long term green roof retention performance. Journal of Environmental Management. Vol. 131 p. 206–215.
• STOVIN V., POE S., DEVILLE S., BERRETTA C. 2015. The influence of substrate and vegetation configuration on green roof hydrological performance. Ecological Engineering. Vol. 85 p. 159–172.
• STOVIN V., VESUVIANO G., KASMIN H. 2012. The hydrological performance of a green roof test bed under UK climatic conditions. Journal of Hydrology. Vol. 414–415 p. 148–161.
• SZOTA C., FARRELL C., WILLIAMS N., ARNDT S., FLETCHER T. 2017. Drought-avoiding plants with low water use can achieve high rainfall retention without jeopardising survival on green roofs. Science of the Total Environment. Vol. 603–604 p. 340–351.
• SZULCZEWSKA B., GIERDYCH R., BOROWSKI J., KUCHCIK M., SIKORSKI P., MAZURKIEWICZ A., STAŃCZYK T. 2014. How much green is needed for a vital neighbourhood? in search for empirical evidence. Land Use Policy. Vol. 38 p. 330–345.
• UHL M., SCHIEDT L. 2008. Green roof storm water retention: monitoring results. [11th International Conference on Urban Drainage]. [31.08–5.09.2008 Edinburgh, Scotland].
• VANWOERT N.D., ROWE D.B., ANDRESEN J.A., RUGH C.L., FERNANDEZ R.T., XIAO L. 2005. Green roofs stormwater retention: effects of roof surface, slope, and media depth. Journal of Environmental Quality. Vol. 34 p. 1036–1044.
• VILLARREAL E., BENGTSSON L. 2005. Response of a sedum greenroof to individual rain events. Ecological Engineering. Vol. 25. Iss. 1 p. 1–7.
• VOYDE E., FASSMAN E., SIMCOCK R. 2010. Hydrology of an extensive living roof under sub-tropical climate conditions in Auckland, New Zealand. Journal of Hydrology. Vol. 394 p. 384–395.
• WONG G., JIM W. 2015. Identifying keystone meteorological factors of green-roof storm water retention to inform design and planning. Ecological Engineering. Vol. 85 p. 159–172.
• ZHANG Q., MIAO L., WANG X., LIU D., ZHU L., ZHOU B., SUN J., LIU J. 2015. The capacity of greening roof to reduce storm water runoff and pollution. Landsc. Urban Plan. Vol. 144 p. 142–150.
• ZHANG S. GUO Y. 2013. Analytical probabilistic model for evaluating the hydrologic performance of green roofs. Journal of Hydrologic Engineering. Vol. 18 p. 19–28.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019).