Wpływ wysokości opadów na wielkość i szybkość odpływu wód z dachów zielonych

• Autorzy: Burszta-Adamiak E. , Stec A.

Identyfikatory

DOI

10.7862/rb.2017.8

Warianty tytułu

EN

Impact of the rainfall height on retention and runoff delay from green roofs

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Zmiany klimatu, zwłaszcza występowanie gwałtownych i ulewnych deszczy oraz wzrost powierzchni szczelnych na obszarach zurbanizowanych przyczyniają się do zaburzeń w obiegu wody w środowisku. Niekorzystnym zjawiskiem wynikającym z tych zmian jest intensyfikacja spływu wód opadowych, która może powodować okresowe zalewanie ulic, chodników, posesji i budynków oraz może być przyczyną występowania przeciążeń hydraulicznych systemów kanalizacyjnych. W celu ograniczenia tych negatywnych skutków konieczne jest projektowanie zrównoważonych systemów odwadniających, w których stosowane są obiekty i urządzenia zwiększające infiltrację i retencję wód opadowych. Do takich rozwiązań zaliczane są m.in. dachy zielone. W artykule dokonano analizy funkcjonowania zielonych dachów ekstensywnych w aspekcie ich właściwości hydrologicznych. Celem badań było określenie możliwości retencjonowania wód opadowych oraz opóźniania ich odpływu z trzech ekstensywnych dachów zielonych różniących się między sobą układem warstw. Przeprowadzone analizy wykazały, że dachy zielone najlepiej zagospodarowywały wody i opóźniały odpływ w czasie występowania deszczy nie przekraczających w ciągu doby 10 mm. Opady o tej wysokości występowały z największą częstotliwością w latach objętych analizą (2011-2015). Wraz ze wzrostem wysokości opadów możliwości retencjonowania i przetrzymywania wód opadowych, w układzie warstwowym dachów zielonych, były redukowane. Z tych względów ekstensywne dachy zielone mogą być rozpatrywane jako zrównoważone systemy dla poprawy bilansu wodnego miast, ale w aspekcie ochrony przed skutkami ulewnych opadów o dużej wysokości, ich działanie powinno być wspomagane innymi systemami pozwalającymi odciążyć tradycyjne systemy odwodnieniowe na terenach zurbanizowanych.

EN

Climate change, especially the occurrence of violent and heavy rainfall and an increase in the sealed surface in urban areas contribute to disturbances in the circulation of water in the environment. Disadvantageous phenomenon resulting from these changes is to increase the rainwater runoff, which can cause temporary flooding of streets, sidewalks, residential areas and buildings. The increase in the volume of sewage discharged to sewers contribute to the emergence of adverse phenomena of hydraulic overload in these systems. In order to reduce these negative impacts it is necessary to design sustainable drainage systems, in which are used the facilities and equipment to increase rainwater retention and infiltration. Such solutions include, among others, green roofs. In the article, the analysis of the functioning of extensive green roofs in the aspect of their hydrological properties was carried out. The aim of the study was to determine the possibility of rainwater retention and runoff delay from three extensive green roofs with different system layers. The conducted analysis have shown that the green roofs efficiently retained water and delayed runoff during rainfall with a depth not more than 10 mm. Precipitation of this depth occurred with the greatest frequency in the years covered by the analysis (2011-2015). With an increase the depth of rainfall the possibilities of rainwater retention capacity of green roofs have been reduced. For these reasons the extensive green roofs can be considered as sustainable systems for the improvement of water balance of the cities, but in the aspect of protection against the effects of heavy precipitation in large depth, their operation should be supported by other systems that allow offload the traditional drainage systems in urban areas.

Słowa kluczowe

PL

dachy zielone; wody opadowe; zagospodarowanie; retencja; opóźnienie; spływ

EN

green roofs; storm water management; retention; runoff; delay

• Wydawca: Oficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej
• Czasopismo: Czasopismo Inżynierii Lądowej, Środowiska i Architektury / Journal of Civil Engineering, Environment and Architecture
• Rocznik: 2017
• Tom: z. 64, nr 1
• Strony: 81--95
• Opis fizyczny: Bibliogr. 42 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Burszta-Adamiak E.

• Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu, Wydział Inżynierii Kształtowania Środowiska i Geodezji, Instytut Inżynierii Środowiska, pl. Grunwaldzki 24, 50-363 Wrocław

autor

Stec A.

• Politechnika Rzeszowska, Wydział Budownictwa, Inżynierii Środowiska i Architektury, Zakład Infrastruktury i Ekorozwoju, al. Powstańców Warszawy 6, 35-959 Rzeszów

Bibliografia

• [1] Jiang Y., Fu P., Weng O.: Assessing the Impacts of Urbanization-Associated Land Use/Cover Change on Land Surface Temperature and Surface Moisture: A Case Study in the Midwestern United States, Remote Sens., 2015, 7, 4880-4898.
• [2] Kaźmierczak B, Kotowski A.: The influence of precipitation intensity growth on the urban drainage systems designing, Theor Appl Climatol, 2014, 118, 285-296.
• [3] SPA, Strategiczny plan adaptacji dla sektorów i obszarów wrażliwych na zmiany klimatu do roku 2020 z perspektywą do roku 2030. Ministerstwo Środowiska, Warszawa, 2013.
• [4] Vesuviano G., Stovin V.: A generic hydrological model for a green roof drainage layer, Water Sci. Technol., 2013, 68, 769-775.
• [5] Palla A., Gnecco I., Lanza L.G.: Compared performance of a conceptual and a mechanistic hydrologic models of a green roof. Hydrol. Process., 2012, 26, 73-84.
• [6] Getter K.L., Rowe B.D., Andresen J.A.: Quantifying the effect of slope on extensive Green roof stormwater retention, Ecol. Eng., 2007, 31, 225-231.
• [7] Gwendolyn K.L. Wong, C.Y. Jim: Quantitative hydrologic performance of extensive green roof under humid-tropical rainfall regime, Ecological Engineering, 2014, 70, 366-378.
• [8] Zawilski M.: Charakterystyka ekstremalnych zjawisk opadowych w aspekcie badania przyczyn zalewania terenów miast. Materiały VII Ogólnopolskiej Konferencji Szkoleniowej pt. Wody opadowe – aspekty prawne, ekonomiczne i techniczne. 23-24 kwietnia 2012 Łódź, 34-42.
• [9] Thorndahl S., Willems P.: Probabilistic modelling of overflow, surcharge and flooding in urban drainage using the first-order reliability method and parameterization of local rain series, Water Res., 2008, 42 (1–2), 455-466.
• [10] Dyrektywa 2000/60/WE Parlamentu Europejskiego i Rady z dnia 23 października 2000 roku ustanawiająca ramy wspólnotowego działania w dziedzinie polityki wodnej.
• [11] Lamera C., Becciu G, Rulli M.C., Rosso R.: Green roofs effects on the urban water cycle components, Procedia Engineering, 2014, 70, 988-997.
• [12] Stec A.: Model optymalizacyjny retencyjnego zbiornika rurowego. Czasopismo Inżynierii Lądowej, Środowiska i Architektury, 2016, 63, 445-455.
• [13] Suligowski Z.: Alternatywa dla wód opadowych, Wodociągi i Kanalizacja, nr 4/2008.
• [14] Słyś D.: Zrównoważone systemy odwodnienia miast. Dolnośląskie Wydawnictwo Edukacyjne, Wrocław 2013.
• [15] Dziopak J.: Modelowanie wielokomorowych zbiorników retencyjnych w kanalizacji. Oficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej, Rzeszów 2004.
• [16] Burszta-Adamiak E.: Zielone dachy jako element zrównoważonych systemów odwadniających na terenach zurbanizowanych. Wydawnictwo Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu, Wrocław, 2014.
• [17] Burszta-Adamiak E., Mrowiec M.: Modelling of green roofs' hydrologic performance using EPA's SWMM, Water Science and Technology, 2013, 68, 36-42.
• [18] Speak A.F., Rothwell J.J., Lindley S.J., Smith, C.L.: Rainwater runoff retention on an aged intensive green roof, Sci. Total Environ., 2013, 461-462, 28-38.
• [19] Schroll E., Lambrinos J., Righetti T., Sandrock D.: The role of vegetation in regulating stormwater runoff from green roofs in a winter rainfall regime, Ecol. Eng., 2011, 37, 595-600.
• [20] DeNardo J.C., Jarrett A.R., Manbeck H.B., Beattie D.J., Berghage R.D.: Stormwater mitigation and surface temperature reduction by green roofs, Trans. ASAE, 2005, 48 (4) pp. 1491-1496.
• [21] Sims A.W., Robinson C.E., Smart C.C., Voogt J.A., Hay G.J., Lundholm J.T., Powers B., O’Carroll D.M.: Retention performance of green roofs in three different climate regions, Journal of Hydrology, 2016, In Press.
• [22] Spolek G.: Performance monitoring of three ecoroofs in Portland, Oregon. Urban Ecosyst. 2008, 11, 349-359.
• [23] Carter T.L., Rasmussen T.C.: Hydrologic behaviour of vegetated roofs, Journal of the American Water Resources Association, 2006, 42, 1261-1274.
• [24] Palla A., Gnecco I., Lanza L.G.: Hydrologic Restoration in the Urban Environment Using Green, Water 2010, 2, 140-154.
• [25] Voyde E., Fassman E., Simcock R.: Hydrology of an extensive living roof under sub-tropical climate conditions in Auckland, New Zealand. J. Hydrol., 2010, 394, 384-395.
• [26] Wong N.H., Chen Y., Ong C.L., Sia A.: Investigation of thermal benefits of rooftop garden in the tropical environment, Build Environ, 2003, 38, 261-70.
• [27] Ouldboukhitine S., Belarbi R., Jaffal I., Trabelsi A.: Assessment of green roof thermal behavior: a coupled heat and mass transfer model, Build Environ 2011, 46, 2624-31.
• [28] Van Renterghem T., Booteldooren D.: Reducing the acoustical façade load from traffic with green roofs, Build. Environ., 2009, 44, 1081-1087.
• [29] Alexandri E., Jones P.: Temperature decreases In an Urban canyon due to Green walls and gren roofs In diverse climates, Building and Environment, 2008, 43, 480-493.
• [30] Bowler D.E., Buyung-Ali L., Knight T.M., Pullin A.S.: Urban greening to cool towns and cities: a systematic review of the empirical evidence, Landscape and Urban Planning, 2010, 97, 147-155.
• [31] Yang J., Yu Q., Gong P.: Quantifying air pollution removal by green roofs in Chicago, Atmos. Environ., 2008, 42, 7266-7273.
• [32] Jian-feng Li, Onyx W.H. Wai, Y.S. Li, Jie-min Zhan, Y. Alexander Ho, James Li, Eddie Lam. Effect of green roof on ambient CO2 concentration, Building and Environment, Volume 45, 2010, 2644-2651.
• [33] Fassman-Beck E., Voyde E., Simcock R., Hong Y.S.: 4 Living roofs in 3locations: does configuration affect runoff mitigation? J. Hydrol., 2013, 490, 11-20.
• [34] Gregoire B.G., Clausen J.C.: Effect of a modular extensive green roof on stormwater runoff and water quality, Ecol. Eng. 2011, 37, 963-969.
• [35] Liesecke H. J.: Extensive begrünung bei 5 dachneigung, Stadt und Grün, 1999, 48(5), 337-346.
• [36] Köhler M., Schmidt M.: Langzeituntersuchungen an begrünten Dächern in Berlin. Dach+Grün, 1999, 8, 12-18.
• [37] Nawaz R., McDonald A., Postoyko S.: Hydrological performance of a full-scale extensive green roof located in a temperate climate, Ecological Engineering, 2015, 82, 66-80.
• [38] Hakimdavar R., Culligan P.J., Finazzi M., Barontini S., Ranzi R.: 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, 2014, 73, 494-508.
• [39] Stovin V., Vesuviano G., De-Ville S.: Defining green roof detention performance, Urban Water Journal, 2015, 1-15. http://dx.doi.org/10.1080/1573062X.2015.1049279
• [40] Razzaghmanesh M., Beecham S.: The hydrological behaviour of extensive and intensive green roofs in a dry climate, Science of The Total Environment, 2014, 499, 284-296.
• [41] FLL: Wytyczne niemieckiego Towarzystwa Naukowo-Badawczego Krajobrazu i Rolnictwa tzw. wytyczna FLL (niem. Forschungsgesellschaft Landschaftsentwicklung Landschaftsbau e.V), 2008.
• [42] Niebezpieczne zjawiska meteorologiczne. Geneza, skutki, częstość występowania. Instytut Meteorologii i Gospodarki Wodnej Państwowy Instytut Badawczy. Warszawa, 2013.

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę (zadania 2017)