Wpływ sposobu rozmieszczenia hydrożelu w substracie na zdolności retencyjne zielonych dachów

• Autorzy: Deska I. , Ociepa E. , Mrowiec M. , Cichecka E. , Gmyrek K.

Identyfikatory

DOI

10.2429/proc.2018.12(1)013

Warianty tytułu

EN

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

• Konferencja: ECOpole’17 Conference (4-7.10.2017 ; Polanica Zdrój, Poland)
• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Na terenach zlewni zurbanizowanych, obok tradycyjnych systemów kanalizacyjnych, coraz częściej stosowane są zrównoważone systemy drenażu (ZSD, ang. SUDS - Sustainable Urban Drainage Systems), umożliwiające zagospodarowanie wód opadowych w miejscu wystąpienia opadu. Jednym z takich rozwiązań są zielone dachy. Artykuł prezentuje wstępne wyniki badań zdolności retencyjnych czterech modeli zielonych dachów. W przypadku modelu 1 zastosowano substrat dachowy ekstensywny bez domieszek. Modele 2 i 3 zawierały substrat ekstensywny z domieszką hydrożelu potasowego (usieciowanego poliakrylanu potasu). W przypadku modelu 2 dodatkowo zastosowano warstwę roślinności (rozchodnik ostry Sedum Acre). W modelu 4 zastosowano substrat ekstensywny z wkładkami z agrowłókniny wypełnionymi hydrożelem potasowym. Modele dachów 2, 3 i 4 zawierały taką samą dawkę hydrożelu (30 g). Badania były prowadzone w warunkach terenowych, w dwóch etapach. Wstępny etap obejmował pierwsze nasączenie modeli (wszystkie elementy w stanie powietrzno suchym) przy zastosowaniu opadu symulowanego. Drugi etap obejmował dalsze badania zdolności retencyjnych modeli, głównie z wykorzystaniem opadów naturalnych. Otrzymane wyniki wskazują, że podczas pierwszego, symulowanego opadu najlepsze zdolności retencyjne wykazywały modele 2 i 3 (z domieszką hydrożelu w stanie luźnym), natomiast najmniejsza objętość wody została zretencjonowana przez modele 1 (bez domieszki hydrożelu) i 4 (z wkładkami zawierającymi hydrożel). Wyniki drugiego etapu eksperymentu są zróżnicowane. W przypadku trzech analizowanych opadów naturalnych najlepsze zdolności retencyjne wykazywał model 2 z substratem zawierającym domieszkę hydrożelu, obsadzony roślinnością, ale w przypadku dwóch opadów większa objętość wody została zretencjonowana w warstwach modelu 4 z wkładkami z hydrożelu. Najsłabsze zdolności retencyjne, spośród modeli zawierających hydrożel w składzie substratu, wykazywał model 3 z hydrożelem w stanie luźnym, nieobsadzony roślinnością. Uzyskane wyniki wskazują na odmienne zachowanie się dodatku hydrożelu i inny przebieg cyklu pochłaniania i oddawania wody w zależności od tego, czy superabsorbent jest zastosowany w formie luźnej domieszki czy umieszczony we wkładkach. W celu dokładniejszego zbadania zachowania hydrożelu w substracie konieczne jest kontynuowanie badań, mających na celu określenie wpływu temperatury i wilgotności powietrza oraz warstwy roślinności na zachowanie dodatku hydrożelu.

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 article presents the results of research of retention capacities of 4 green roof models. In these models were used: in model 1 - the typical extensive substrate, in models 2 and 3 - the above-mentioned extensive substrate with addition of hydrogel (cross-linked polyacrylate potassium), in model 4 - agrotextile inserts with hydrogel. Model 2 additionally contained the plants (Goldmoss Stonecrop Sedum Acre). Models 2, 3 and 4 contained the same portion of hydrogel (30 g). The field experiments were conducted in two stages under natural atmospheric conditions. The initial stage included the first simulated precipitation (all layers of green roof models were air-dry during these experiments). The second stage included the further investigations of the retention capacities of green roof models, predominantly with use of natural precipitations. The obtained results of initial stage of experiments show that during the first simulated precipitation the best retention capacities had models 2 and 3 (with hydrogel admixtures). The least amount of water was absorbed in model 1 (without hydrogel additive) and model 4 (containing agrotextile inserts with hydrogel). The results of the second stage of the experiment are equivocal. In the case of three natural precipitations, the best retention capacity was demonstrated by model 2, with the substrate containing hydrogel admixture planted with vegetation, but in the case of two rainfalls more water was stored in model 4, with hydrogel inserts. The least amount of water was absorbed in model 3, with hydrogel admixture, not planted with vegetation. The results show the different behavior of hydrogel and the differences in wetting-drying cycle, depending on whether the superabsorbent is used in the form of a loose admixture or placed in the inserts. Further research is needed to evaluate of influence of temperature and humidity and the presence of vegetation on behavior of hydrogel additive in the green roof substrate.

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: 2018
• Tom: Vol. 12, No. 1
• Strony: 139--147
• Opis fizyczny: Bibliogr. 21 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Deska I.

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

autor

Ociepa E.

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

autor

Mrowiec M.

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

autor

Cichecka E.

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

autor

Gmyrek K.

• 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-IV):3-9. http://www.itp.edu.pl/wydawnictwo/journal/16_2012_I_VI/artykuly/Burszta%20Adamiak.pdf.
• [2] Burszta-Adamiak E, Łomotowski J, Wiercik P. Zielone dachy jako rozwiązania poprawiające gospodarkę wodami opadowymi w miastach. Inż Ekol. 2014;39:26-32. DOI: 10.12912/2081139X.47.
• [3] Burszta-Adamiak E, Mrowiec M. Modelling of green roofs’ hydrologic performance using EPA’s SWMM. Water Sci Technol. 2013;68(1):36-42. DOI: 10.2166/wst.2013.219.
• [4] 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.
• [5] Mrowiec M, Sobczyk M. Ekologiczne zagospodarowanie wód opadowych - zielone dachy. Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie. 2014;14(48):53-61. http://www.itep.edu.pl/wydawnictwo/woda/zeszyt_48_2014/artykuly/Mrowiec%20Sobczyk.pdf.
• [6] Malmur R, Mrowiec M. Zbiornik retencyjno-przerzutowy jako nowe rozwiązanie przerzutu ścieków opadowych do odbiorników wodnych. Roczn Ochr Środ. 2013;15:2339-2351. http://ros.edu.pl/images/roczniki/2013/pp_2013_153.pdf.
• [7] Ociepa E. Sposoby ograniczenia niekorzystnego wpływu zrzutu ścieków opadowych. Chem Dydakt Ekol Metrol. 2011;16(1-2):47-50. https://drive.google.com/file/d/19IXQtn5nEtoz1uLqBgP_Nz2F0Teq5tMQ/view.
• [8] European Commission, Communication from the Commission to the European Parliament, the Council, the European Economic and Social Committee and the Committee of the Regions: Green Infrastructure (GI): Enhancing Europe’s Natural Capital, Brussels: European Commission; 2013. http://ec.europa.eu/environment/nature/ecosystems/docs/green_infrastructures/1_EN_ACT_part1_v5.pdf.
• [9] Fletcher TD, Shuster W, Hunt WF, Ashley R, Butler D, Arthur S, et al. SUDS, LID, BMPs, WSUD and more - The evolution and application of terminology surrounding urban drainage. Urban Water J. 2015;12(7):3-20. DOI: 10.1080/1573062X.2014.916314.
• [10] 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.
• [11] 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.
• [12] Ociepa-Kubicka A. Ekonomiczne i ekologiczne aspekty zielonych dachów. Zesz Nauk Wyższej Szkoły Bankowej we Wrocławiu. 2015;15(2):289-296. http://ojs.wsb.wroclaw.pl/index.php/WSBRJ/article/view/105.
• [13] 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.
• [14] 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.
• [15] 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.
• [16] 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.
• [17] 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.
• [18] 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.
• [19] 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.
• [20] 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.
• [21] Banedjschafie S, Durner W. Water retention properties of a sandy soil with superabsorbent polymers as affected by aging and water quality. J Plant Nutr Soil Sci. 2015;178:798-806. DOI: 10.1002/jpln.201500128.

Uwagi

PL

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