Wpływ warstwy roślinności oraz dodatku hydrożelu do substratu na zdolności retencyjne zielonych dachów

• Autorzy: Deska Iwona , Mrowiec Maciej , Ociepa Ewa , Ślęzak Katarzyna

Identyfikatory

DOI

10.2429/proc.2019.13(1)011

Warianty tytułu

EN

Influence of the vegetation and the hydrogel addition in the substrate on the retention capacity of green roofs

• Konferencja: ECOpole’18 Conference (10-13.10.2018 ; Polanica Zdrój, Poland)
• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Na terenach zlewni zurbanizowanych, obok tradycyjnych systemów kanalizacyjnych, coraz częściej stosuje się zrównoważone systemy drenażu (ZSD, ang. SUDS - Sustainable Urban Drainage Systems), które umożliwiają zagospodarowanie wód opadowych możliwie jak najbliżej miejsca wystąpienia opadu. Jednym z przykładów takich rozwiązań są zielone dachy. W artykule zaprezentowano wyniki badań zdolności retencyjnych sześciu modeli zielonych dachów, oznaczonych w tekście artykułu symbolami: SHR1, SHR2, SHR3, SH, S i SR. W przypadku modeli SHR1, SHR2, SHR3 i SH zastosowano dwie warstwy substratu ekstensywnego o nazwie handlowej „Skalny kobierzec”. Dolna warstwa substratu zawierała domieszkę 0,5 % wag. hydrożelu potasowego (usieciowanego poliakrylanu potasu), natomiast górną warstwę stanowił ww. substrat bez domieszek. W przypadku modeli SHR1, SHR2, SHR3 zastosowano warstwę roślinności - rozchodnik ostry (Sedum Acre), natomiast model SH nie zawierał warstwy roślinności. Z kolei w przypadku modeli S i SR zastosowano jednolitą warstwę substratu ekstensywnego „Skalny kobierzec” bez dodatku hydrożelu, przy czym model SR posiadał warstwę roślinności (rozchodnik ostry), a model S był pozbawiony roślin. Modele SHR1 i SHR2 zostały skonstruowane w marcu 2017 r., modele SH i SHR3 w listopadzie 2017 r., a modele S i SR w kwietniu 2018 r. Badania były prowadzone z zastosowaniem opadów naturalnych oraz sztucznych (symulowanych). Na podstawie otrzymanych wyników można stwierdzić, że zastosowanie zielonych dachów może pozwolić na zmniejszenie natężenia odpływu wody opadowej ze zlewni. Uzyskane wyniki wskazują, że w większości przypadków najlepsze zdolności retencyjne wykazywały modele zielonych dachów obsadzone dobrze ukorzenioną, gęstą warstwą roślinności, które równocześnie zawierały substrat z domieszką hydrożelu (SHR1, SHR2). W niewielkim stopniu niższą zdolnością retencyjną charakteryzował się model o bardzo zbliżonej konstrukcji (SHR3), posiadający rzadszą i słabiej ukorzenioną warstwę roślinności. W większości przypadków mniejsze objętości wody były retencjonowane w warstwach pozostałych modeli: S (niezawierającego roślin ani domieszki hydrożelu), SR (zawierającego roślinność, ale niezawierającego hydrożelu) i SH (zawierającego domieszkę hydrożelu, lecz nieposiadającego warstwy roślinności). Otrzymane wyniki wskazują, że dodatek hydrożelu może wpływać pozytywnie na zdolności retencyjne dachów obsadzonych roślinnością, pod warunkiem, że okres bezdeszczowy poprzedzający opad nie będzie bardzo krótki i dach częściowo odzyska zdolność do retencjonowania wody. Na podstawie uzyskanych wyników można stwierdzić, że dodatek hydrożelu do substratu w przypadku modelu pozbawionego roślinności nie powodował znaczącego zwiększenia jego zdolności retencyjnych. Otrzymane wyniki wskazują, że dużą rolę w retencjonowaniu wody opadowej odgrywa warstwa roślinności, zwłaszcza w okresie późnej wiosny i lata, kiedy panują stosunkowo wysokie temperatury.

EN

In urbanized areas, in addition to the traditional sewer systems, increasingly are used the sustainable urban drainage systems (SUDS), inter alia, the green roofs. The focus of the research described in the article was to investigate the retention capacities of six green roof models denoted in the paper by symbols: SHR1, SHR2, SHR3, SH, S, and SR. The models were constructed with use of the plastic garden trays (with internal dimensions 55.7 × 55.7 × 7 cm). On the bottom of each tray the drainage element Floradrain FD 25 was placed. On each drainage element the filter sheet SF (70 × 70 cm) was spread. On the surface of each filter sheet the required amount of the specified substrate was placed. The total thickness of substrate layer on each model was equal. Models SHR1, SHR2, SHR3, SH were built of two layers of the extensive substrate “Sedum Carpet”. The lower layer contained the admixture of 0.5 % by weight of hydrogel (the cross-linked potassium polyacrylate). The upper layer consisted of the substrate “Sedum Carpet” without hydrogel amendment. Models SHR1, SHR2, and SHR3 contained the layer of vegetation - the goldmoss stonecrop (Sedum Acre), while model SH did not contain the plants. The models S and SR contained the uniform layer of extensive substrate “Sedum Carpet” without hydrogel amendment. The model SR contained the vegetation (the goldmoss stonecrop) and S did not contain plants. Models SHR1 and SHR2 were constructed in March 2017, models SH and SHR3 were constructed in November 2017, and models S and SR were constructed in April 2018. The investigations were conducted with use of natural and artificial (simulated) precipitations. The obtained results show that the green roofs can help to reduce the outflow of rainwater from the catchment. The results indicate that in most cases the best retention capacities had models prepared in March 2017, with dense, well-rooted plants and substrate layer amended with hydrogel (SHR1 and SHR2). The similarly constructed model (SHR3) having a less dense and less rooted vegetation layer had a slightly lower retention capacity. In most cases smaller volumes of water were stored in the layers of other models: S (substrate without hydrogel amendment and without plants), SR (substrate without hydrogel amendment + plants), and SH (substrate with hydrogel amendment and without plants). The obtained results indicate that the addition of hydrogel into the growing medium can have a positive effect on the retention capacity of vegetated roof, provided that the antecedent dry period will not be very short. On the other hand, the results show that the hydrogel amendment did not cause a significant increase in retention capacity in the case of model without plants. The obtained results indicate that the vegetation layer plays an important role in the retention of rainwater, especially in the late spring and summer, when the temperatures were relatively high.

Słowa kluczowe

PL

dach zielony; zdolności retencyjne; zagospodarowanie wód opadowych; substrat; hydrożel

EN

green roof; retention capacity; stormwater management; substrate; hydrogel

• Wydawca: Towarzystwo Chemii i Inżynierii Ekologicznej
• Czasopismo: Proceedings of ECOpole
• Rocznik: 2019
• Tom: Vol. 13, No. 1-2
• Strony: 107--118
• Opis fizyczny: Bibliogr. 24 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Deska Iwona

• Instytut Inżynierii Środowiska, Wydział Infrastruktury i Środowiska, Politechnika Częstochowska, ul. Brzeźnicka 60a, 42-200 Częstochowa, tel. [phone]

autor

Mrowiec Maciej

• Instytut Inżynierii Środowiska, Wydział Infrastruktury i Środowiska, Politechnika Częstochowska, ul. Brzeźnicka 60a, 42-200 Częstochowa, tel. [phone]

autor

Ociepa Ewa

• Instytut Inżynierii Środowiska, Wydział Infrastruktury i Środowiska, Politechnika Częstochowska, ul. Brzeźnicka 60a, 42-200 Częstochowa, tel. [phone]

autor

Ślęzak Katarzyna

• Instytut Inżynierii Środowiska, Wydział Infrastruktury i Środowiska, Politechnika Częstochowska, ul. Brzeźnicka 60a, 42-200 Częstochowa, tel. [phone]

Bibliografia

• [1] Burszta-Adamiak E. Analysis of the retention capacity of green roofs. J Water Land Dev. 2012;16(I-VI):3-9. DOI: 10.2478/v10025-012-0018-8.
• [2] Burszta-Adamiak E. Analysis of stormwater retention on green roofs. Arch Environ Protect. 2012;38(4):3-13. DOI: 10.2478/v10265-012-0035-3.
• [3] Mentens J, Raes D, Hermy M, Green roofs as a tool for solving the rainwater runoff problem in the urbanized 21st century? Landscape Urban Plan. 2006;77:217-226. DOI: 10.1016/j.landurbplan.2005.02.010.
• [4] Jato-Espino D, Charlesworth SM, Bayon JR, Warwick F. Rainfall-runoff simulations to assess the potential of SuDS for mitigating flooding in highly urbanized catchments. Int J Environ Res Public Health. 2016;13(1):149. DOI: 10.3390/ijerph13010149.
• [5] Getter KL, Rowe DB, Andresen JA. Quantifying the effect of slope on extensive green roof stormwater retention. Ecol Eng. 2007;31:225-231. DOI: 10.1016/j.ecoleng.2007.06.004.
• [6] Malmur R. Transfer reservoir as a new solution for transfer of stormwater to water receivers. ASEE17. E3S Web Conf. 2017;22:00110. DOI: 10.1051/e3sconf/20172200110.
• [7] Stovin V, Vesuviano G, Kasmin H. The hydrological performance of a green roof test bed under UK climatic conditions. J Hydrol. 2012;414-415:148-161. DOI: 10.1016/j.jhydrol.2011.10.02.
• [8] Edwards EC, Harter T, Fogg GE, Washburn B, Hamad H. Assessing the effectiveness of drywells as tools for stormwater management and aquifer recharge and their groundwater contamination potential. J Hydrol. 2016;539:539-553. DOI: 10.1016/j.jhydrol.2016.05.059.
• [9] Czemiel-Berndtsson J. Green roof performance towards management of runoff water quantity and quality: a review. Ecol Eng. 2010;36:351-360. DOI: 10.1016/j.ecoleng.2009.12.014.
• [10] Bengtsson L, Grahn L, Olsson J. Hydrological function of a thin extensive green roof in southern Sweden. Nord Hydrol. 2005;36(3):259-268. http://hr.iwaponline.com/content/36/3/259.
• [11] Petrucci G, De Bondt K, Claeys P. Toward better practices in infiltration regulations for urban stormwater management. Urban Water J. 2017;14(5):546-550. DOI: 10.1080/1573062X.2016.1176224.
• [12] Shafique M, Kim R, Kyung-Ho K. Green roof for stormwater management in a highly urbanized area: The case of Seoul, Korea. Sustainability. 2018;10(584). DOI: 10.3390/su10030584.
• [13] Czemiel-Berndtsson J, Bengtsson L, Jinno K. Runoff water quality from intensive and extensive vegetated roofs. Ecol Eng. 2009;35:369-380. DOI: 10.1016/j.ecoleng.2008.09.020.
• [14] Shafique M, Kim R, Rafiq M. Green roof benefits, opportunities and challenges - A review. Renew Sustain Energy Rev. 2018;90:757-773. DOI: 10.1016/j.rser.2018.04.006.
• [15] Vijayaraghavan K, Joshi UM, Balasubramanian R. A field study to evaluate runoff quality from green roofs. Water Res. 2012;46:1337-1345. DOI: 10.1016/j.watres.2011.12.050.
• [16] Jaffal I, Ouldboukhitine SA, Belarbi R. A comprehensive study of the impact of green roofs on building energy performance. Renew Energy. 2012;43:157-164. DOI: 10.1016/j.renene.2011.12.004.
• [17] Emilsson T, Czemiel Berndtsson J, Mattsson JE, Rolf K. Effect of using conventional and controlled release fertilizer on nutrient runoff from various vegetated roof systems. Ecol Eng. 2007;29:260-271. DOI: 10.1016/j.ecoleng.2006.01.001.
• [18] Kirichenko-Babko M, Łagód G, Majerek D, Franus M, Babko R. The effect of landscape on the diversity in urban green areas. Ecol Chem Eng S. 2017;24(4):613-625. DOI: 10.1515/eces-2017-0040.
• [19] Young T, Cameron DD, Sorrill J, Edwards T, Phoenix GK. Importance of different components of green roof substrate on plant growth and physiological performance. Urban Forestry Urban Greening. 2014;13(3):507-516. DOI: 10.1016/j.ufug.2014.04.007.
• [20] Savi T, Marin M, Boldrin D, Incerti G, Andri S, Nardini A. Green roofs for a drier world: Effects of hydrogel amendment on substrate and plant water status. Sci Total Environ. 2014;490:467-476. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2014.05.020.
• [21] Olszewski MW, Young CA. Physical and chemical properties of green roof media and their effect on plant establishment. J Environ Hort. 2011;29(2):81-86. http://hrijournal.org/doi/pdf/10.24266/0738-2898-29.2.81.
• [22] Farrell C, Ang XQ, Rayner JP. Water-retention additives increase plant available water in green roof substrates. Ecol Eng. 2013;52:112-118. DOI: 10.1016/j.ecoleng.2012.12.098.
• [23] Akther M, He J, Chu A, Huang J, van Duin B. Managing urban stormwater in different climatic zones. Sustainability. 2018;10(8), 2864. DOI: 10.3390/su10082864.
• [24] Lejcuś K, Śpitalniak M, Dąbrowska J. Swelling behaviour of superabsorbent polymers for soil amendment under different loads. Polymers. 2018;10(3):271. DOI: 10.3390/polym10030271.

Uwagi

PL

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2020).