ווטרס אורבן תחת לחץ

ערים ברחבי העולם תלויות על משטחים בריאים כדי לספק מים נקיים, לתמוך בילוי, ולקיים חיות בר.עם זאת, ההתרחבות המהירה של משטחים לא מאוירים - כבישים, מגרשי חניה, גגות - שינו באופן יסודי את ה הידרולוגיה הטבעית של מערכות אלה. Stormwater אשר פעם שקוע לתוך הקרקע עכשיו ממהרים על פני המדרכה, איסוף שמן, מתכות כבדות, סמרטוטים מסורתיים, ופתים, לפני שגורמים עירוניים, כמו גם בעיות קירור, כמו גם בעיות טבע, אך לעתים קרובות, ירידה, ירידה, כמו גם היא פגיעה, כמו גם היא מסוכנת, כמו גם היא בעיה אפורה, כמו גם היא בעיה, כמו גם ירידה של מים, כמו גם ירידה של מחלות, כמו גם ירידה של מחלות, כמו גם ירידה של מים, ירידה של מחלות, אבל ירידה של מים, אבל ירידה של מחלות מהירות, ירידה של מים, אבל ירידה של מים, כמו גם ירידה, כמו גם ירידה של מחלות מהירות, כמו גם ירידה של מחלות מהירות, ירידה של מים, כמו גם ירידה של מים, כמו גם ירידה של מחלות מהירות, כמו גם ירידה במשקל, אבל.

הנדסה אקולוגית חלת על עקרונות אקולוגיים לשחזר או לשחזר תהליכים טבעיים המסננים מים, ייצוב אדמה, וסדיר את זרימתם. על ידי חשיבה מחדש כיצד אנו מעצבים ולנהל נופים עירוניים, ערים יכולות להפוך את עצמם ממקורות של זיהום לתוך מערכות לטהר באופן פעיל מים.הגישה אינה רק על בניית ארץ בודדת או נטיעה כמה עצים - זה כרוך בעיצוב מכוון של הבד העירוני לעבוד עם הטבע ולא נגד זה.

Defining Ecosystem Engineering in Practice

הנדסת Ecosystem היא מניפולציה מכוונת של רכיבים ביוטיים ואקוביוטיים של מערכת אקולוגית כדי להשיג תוצאות סביבתיות ספציפיות. בהקשר של שפיכות מים עירוניים, מהנדסים ומערכות עיצוב אקסולוגים המחקות את הפונקציות של טבע רטובות, יערות, ושיטפונות.ההתערבות אלה ללכוד, להאט, לטפל במי סערה לפני שהוא נכנס למים.

הרעיון שואב מעשרות שנים של מחקר אקולוגיה שיקום, אדריכלות נוף והנדסה סביבתית.היישומים המוקדמים התמקדו ברטבים שנבנו לטיפול במים שפכים, אבל השדה התרחב מאז וכולל גגות ירוקים, ביו-שוואים, סולמות חד-משמעיות, גני גשם, ומצלי קרועים קרועים כימיים בלבד.מה מאחד גישות אלה הוא הסתמכות על מערכות חיים - צמחים, אדמה, מיקרובים - לבצע עבודה שאינה דורשת תחזוקה ביולוגית בלבד.

מדוע שפיכות מים עירוניות דורשות גישה חדשה

ניהול מים סערות תוכנן במטרה אחת בראש: להעביר מים מהנוף מהר ככל האפשר. גישה זו מתייחסת למים כמוצר פסולת ולא למשאב. זה גם מתעלם מההשפעה המצטברת של מאות זרמים קטנים, מזוהמים לתוך רשת זרם.כפי שפיכות מים הופכות ליותר אורבניות, נפח ומהירות של מים סערות גדלות באופן דרמטי, מנפחים ומשמידים את בית הגידול.

גורם מניע נוסף הוא ההכרה הגוברת כי צמחי טיפול מרכזיים לבד לא יכולים לפתור את הבעיה.בשילוב תפירה זרמים, אשר זרקו שפכים ללא טיפול לתוך מים במהלך גשם כבד, הם אתגר מתמשך בערים מבוגרות יותר. תשתיות ירוקות, תת-קבוצה של הנדסה אקולוגית, מפחית את נפח המים הסערות הנכנסות לתוך תפירה, ובכך להפחית את אירועי זרימה.

שיטות מפתח ומכניזם שלהם

הנדסת Ecosystem כוללת ערכת כלים רחבה של התערבויות, כל אחד מתאים לתנאי האתר הספציפיים ואתגרים מזוהמים.השיטות הבאות הן בין המיושמות ביותר ונחקרו בשמיכות העירוניות.

Wetlands

רטובות בנויות הן מערכות מונדסות שמשכפלות את התהליכים הפיזיים, הכימיים והביולוגיים שנמצאו ברטבים טבעיים.הם מורכבים מאגן רדודה נטועים עם צמחייה מתהווה, כגון קטפורים וbulrushes, דרכם מי סופות או זרימת מים פסולת.כפי מים זורמים לאט דרך היבשה, מושעה מיישבים, חומרים מזינים כמו חנקן ו זרחן נלקחים על ידי צמחים ומיקרובים, ופות, ופותחים דרך פני השטח הקדמיות, נמצאים מתחת לפני השטח.

מערכות אלה יעילות במיוחד להסרת מוצקים מושעה, הביקוש לחמצן ביוכימי, וחומרים מזינים. A היטב שנבנה רטובה יכול להשיג 70-90% ירידה בעומסי המשקעים ו -40-60 אחוזים בחנקן מוחלט, בהתאם לשיעורי טעינה וזמן שימור.הם גם מספקים הטבות ימיות כגון חיות בר, שטף, וערות אסתטיות.

גגות ירוקים וגנים ורגטיים

גגות ירוקים מורכבים ממגרן עמיד למים, שכבת ניקוז, בינוני גדל, וצמחייה מותקנת על גבי בניין.הם מיירטים גשם, ומאפשר לחלק ממנו להתאדות או להילקח על ידי צמחים, בעוד השאר משוחרר לאט או מאוחסן לשימוש מאוחר יותר.זה מקטין את נפח ושיא של מים סוערים מאתר בנייה.

גנים ורנטיים, או קירות חיים, לתפקד באופן דומה אבל הם רכובים על חזיתות בנייה. בעוד יכולת שמירת המים הסוערת שלהם נמוכה יותר לאזור יחידה, הם מציעים הטבות נוספות כגון בידוד בנייה, הפחתה עירונית של האי חום, ושיפור איכות האוויר. בסביבה עירונית צפופה שבו שטח שטח מוגבל, גגות ירוק וגנים אנכיים מייצגים הזדמנות קריטית להזריקת הנדסת מערכות אקולוגית לתוך המימד האנכי של העיר.

אזורי ה-Vuffarian

הציצים הפילופריים הם פסים של צמחייה ילידת נטועים לאורך גדות הנחלים, הנהרות והאגמים.הם משמשים כאזור מעבר בין הקרקע היבשת היבשתית לבין מערכות מימיות.הצמחייה מאטה את זרימת הקרקע, מלכדת את הסיד והמזהמים הקשורים לפני שהם נכנסים למים. Roots נקשרים את הקרקע, מקטינים את שחיקה הבנקאית ונפיחות.

רוחב והרכב של חיץ קרוע הם קריטיים ליעילותו. abuffer של לפחות 30 מטר (100 רגל) על כל צד של זרם מומלץ לעתים קרובות עבור פונקציות איכות מים, למרות כי אפילו צר יותר buffers יכול לספק יתרונות משמעותיים בהגדרות עירוניות. צמחים ילידים עם מערכות שורשים עמוקות מועדפים על פני דשא טורי כי הם מציעים יותר חדירה ומזהמים רבים.

Stormwater Management

בריכות ניהול סערות, הנקראות גם אגן מעצר או שימור, נועדו ללכוד ולאחסן את הריצה מאזורים מפותחים. Retention בריכות לשמור על מאגר קבוע של מים בין סערות, בעוד שתחנות המעצר מתרוקנות לחלוטין בתוך תקופה מוגדרת. בשני המקרים, תהליך של התיישבות ועלייה ביולוגית מפחית את המזועים.

בריכות מים סערות מודרניות לעתים קרובות משלבות מבצר, שהוא אגן קטן לפני טיפול שלוכד את הסידמנט ואת ההריסות לפני המים נכנס לסלע הראשי.תכונה עיצוב זו מפשטת את החיים של המתקן.עיצובים מתעוררים כוללים גם מדפי הרטובה נטועים עם צמחייה מתהווה, אשר משפרת את ההסרה המזויפת ומספקת בית גידול.

מכניזם של איכות המים

הבנת האופן שבו הנדסת מערכות אקולוגיות משפרת את איכות המים דורשת מבט על התהליכים הפיזיים, הכימיים והביולוגיים הבסיסיים. מנגנונים אלה פועלים בקונצרט, ויעילותם תלויה בגורמים כגון זמן מגע, סוג צמחייה, הרכב הקרקע ושיעורי טעינה.

הפליטה הגופנית וההסתה

כאשר מי הסערה עובר דרך צמחייה וקרקע, חלקיקים מושעה לכודים פיזית. coarse sediment מתיישבים בתוך בריכות ורטבים שבהם מהירויות זרימה נמוכות. חלקיקים פינר נתפסים כמו מים percolates דרך המדיום הגדל של גג ירוק או אזור השורש של חיץ קרועים.ה פיזית זו היא לעתים קרובות קו ההגנה הראשון נגד מזהמים כי הם כבולים למשקעים, כגון נפיחות כראוי של מתכות כבדות ובסופו של נוזל חייב בסופו של vulminreshrerecerecerecerecerecerecerecerecerece.

השתלטות ביולוגית וטרנספורמציה

צמחים ומיקרואורגניזמים הם העורקים של הנדסה אקולוגית. Macrophytes ב רטובות ועשבים ב buffers לקחת מתמוסס חומרים מזינים כמו nitrate ו פוספט לצמיחה. כאשר הצמחייה נאספת ונסרה, חומרים מזינים אלה מייצאים לצמיתות מן המערכת.בינתיים, חיידקים ופטריות בעמודה הקרקע והמים הופכים את המזועים דרך תהליכים כגון denitrification, אשר ממירים את המסלולים החשובים לחנקן.

מודעות כימיות וקידום

הרבה אבקות, כולל מתכות ו זרחן, מוסרות באמצעות מודעות לחלקיקים הקרקע או חומר אורגני. ⁇ מינרלים ו תחמוצת ברזל באדמה יש יכולת גבוהה עבור מתכות מחייבות כגון להוביל, נחושת, אבץ. Phosphorus יכול להיות precipitated כמו סידן או זרח ברזל בנוכחות של כתמים מתאימים.

קידוד Pathogen Reduction

חיידקים Fecal ופתוגנים אחרים מופחתים במערכות הנדסת מערכות דרך מספר מנגנונים. חשיפה לאור אולטרה סגול במים רדודים או על משטחים חשופים הורג או inactivates רבים חיידקים.Predation על ידי protozoa ומיקרואורגניזמים אחרים מסירים פתוגים מן עמוד המים. פיליפטרציה דרך אדמה וצמחייה מסירת תאים חיידקיים.

השפעות על איכות המים

בסיס הראיות להנדסה אקולוגית הוא משמעותי, עם מאות מחקרים עמיתים המעדנים שיפורים באיכות המים על פני הגדרות עירוניות מגוונות.הסיכום הבא הוא טווחי ביצועים טיפוסיים עבור מזהמים משותפים.

  • (ב) [17] ,0) , ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (ב) חנקן מוחלט:0) חנקן: חנקן: הפחתה של 30–70 אחוזים, עם הסרת גבוהה יותר במערכות המשלבות אזורי פירוק.
  • (ב) ⁇ 0) phosphorus:FLT:1 40% - ירידה של 40–80 אחוזים, בהתאם לתדירות הכימיה והצמחייה.
  • (ב) ⁇ (ב"ג, ⁇ ) , ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (ב) ⁇ :0) חיידקים קוקליים: FLT:1 60%–99 אחוזים ירידה עם זמן שימור נאות וחשיפה UV.

טווחי ביצועים אלה מושפעים מאקלים, עיצוב מערכת, ופרקטיקות תחזוקה.אקלים קר יכול להפחית פעילות ביולוגית בחורף, אם כי מערכות רבות ממשיכות לתפקד באמצעות תהליכים פיזיים. תחזוקה רגילה, כולל הסרת שומן וניהול צמחייה, חיוני לקיים ביצועים לאורך זמן. ערים להשקיע ניטור שיטתי של נכסי התשתית הירוקה שלהם ממוקמים טוב יותר כדי להתאים ביצועים וזיהוי מערכות מחשוב.

מחקרים ב- Urban Watershed Recovery

יישומים בעולם האמיתי ממחישים את הפוטנציאל של הנדסת מערכות אקולוגיות להפוך שפיכות מים עירוניים.הדוגמאות הבאות מדגישות אסטרטגיות שונות ואת התוצאות שהשיגו.

פורטלנד, אורגון: Wetlands in aIntegrated Sewer System

פורטלנד הייתה חלוצה בשילוב של רטובות בנויות לתוך תוכנית בקרת זרימה משולבת שלה.ה העיר בנתה 2.6 דונם רטובה בתוך אתר צמחי מרפא קיים Sewage טיפול לטיפול בזרימות גבוהות במהלך אירועי הסערה.היבשה מסירת 2.2 מיליון פאונד של מוצקים ו 5,700 פאונד של חנקן מדי שנה. Beyond Water Quality הטבות, הרי שהיבשה מספקת גידול לציפורים וחרקים ומשמשת חינוך ציבורי כאתר מופחת לפלסמה ל-94 אחוזים.

סינגפור: תוכנית המים ABC

התוכנית Active, Beautiful,נקי מים (ABC) משלבת את ההנדסה האקולוגית לתוך אסטרטגיית ניהול המים של העיר.היוזמה הופכת ערוצי ניקוז בטון לנהרות טבעיים וזרמים עם רטובות, גני גשם, וצמחים בשפע של צלבים.תכונות אלה משפרות את איכות המים על ידי סינון של מים מוצק, תוך יצירת מרחב פנאי ושיפור המגוון הביולוגי.

פילדלפיה: עיר ירוקה, מים נקיים

התוכנית של פילדלפיה להפחתה של מעליות הביופור המשולבות מסתמכת במידה רבה על תשתיות מים בסערות ירוקות.העיר משקיעה 2.4 מיליארד דולר כדי להתקין אלפי גני גשם, ביו-שוואלס, גגות ירוקות, וסוללים חד-משמעיים על פני הנוף העירוני.המערכות הללו לוכדות ממשטחים לא-מיושבים ופותחותמים אותם על-ידי צמחים.

ניו יורק: תשתיות ירוקות ב-Gowanus Canal Watershed

תעלת גונוס בברוקלין היא אחת מגופי המים המזוהמים ביותר בארצות הברית, עם מורשת של זיהום תעשייתי ותפירה משולבת מעל גדות.ניו יורק יישמה תוכנית תשתית ירוקה מקיפה עבור משפך המים של התעלה, כולל ריצוף, חביות גשם, אזורי ביו-חזור רחוב אלה להפחית את נפח של מים זורמים, ובכך להפחית את פני השטח המלא של מים, אשר יכול גם להפחית את אמצעי התאוששות מלאה של מים רטובים, כולל אזורי הגנה מלאה.

פתרונות ניהול ופתרונות מעשיים

למרות היתרונות ברורים, הנדסת מערכות אקולוגיות אינה ללא מכשולים.ערים המבקשים לאמץ גישות אלה חייבים לנווט מכשולים פיננסיים, טכניים ומוסדיים.

עלויות ראשונות ומימון

גגות ירוקים, גגות ירוקים ומערכות אקולוגיות אחרות מנדסות דורשות השקעה מקדימה שיכולה לעלות עלות תשתית מים סערות קונבנציונליות.עם זאת, ניתוחי עלות מחזור חיים מראים לעתים קרובות כי תשתיות ירוקות תחרותיות כאשר הטבות לטווח ארוך נקבעות, כולל עלויות טיפול מופחתות, שימוש באנרגיה נמוכה יותר, ולהגדיל את ערכי הנדל"ן.ערים יכולים לממן פרויקטים אלה באמצעות דמי שירות סופת מים, מענקים, ושותפוכות ציבוריות רבות.

זמינות קרקע

אדמה עירונית היא יקרה ולעתים קרובות מפותחת.מציאת מרחב עבור רטובות או גני גשם יכול להיות קשה בשכונות צפופות.פתרונות כוללים פונקציות ערימה - לדוגמה, שילוב טיפול במים סערות בפארקים, בתי ספר, מגרשי חניה, מגרשי חניה ירוקים לנצל שטח גג לא מנוצל.

דרישות תחזוקה

מערכות הנדסיות של אקו-מערכת הן תשתיות חיות ודורשות טיפול מתמשך. Wetlands יש לעקוב אחר מינים פולשניים והצטברות של הצטברות. גגות ירוקים צריכים השקיה במהלך לחשים יבשים, ועידוד כדי לשמור על כיסוי צמחי.ת בריכות מים דורשות ייבוש תקופתיים.ערים חייבות תקציב לתחזוקה ולצוות הרכבת במיומנויות מיוחדות הדרושות עבור מערכות אלה.

מחסומים רגולטוריים ומוסדיים

קודים עירוניים רבים ותקנות המדינה נכתבו עם תשתיות קונבנציונליות בראש.חוקים זונינג עשויים לא להכיל גגות ירוקים או דרישות ריצוף המגבלה רוחבי חיץ קרועים.הההתקדמות עבור רטובות בנויות יכול להיות מורכב, במיוחד כאשר הם כרוכים בשינויים הידרולוגיים כדי להסדיר את נתיבי המים.ערים חייבות לעדכן את הקודים שלהם ולהזרים היתרים להפצת הנדסת מערכות אקולוגיות.

כיוונים עתידיים וחדשנות מתפתחת

תחום ההנדסה האקולוגית ממשיך להתפתח, מונע על ידי התקדמות במדעי החומרים, ניתוח נתונים והבנה אקולוגית. מגמות מסוימות צפויות לעצב את הדור הבא של ניהול איכות מים עירוניים.

תשתיות ירוקות חכמות

חיישנים ומערכות בקרה לתוך תשתיות ירוקות מאפשר ניטור בזמן אמת וניהול הסתגלות. Smart wetlands יכול להתאים את רמות המים כדי לייעל את ההסרה המזויפת. גגות ירוקים עם השקיה אוטומטית ושליטה בניקוז יכולים למקסם את שימור המים בזמן שמירה על בריאות צמחית.

מהנדס Soils ו- Biochar

תיקונים סולרי מפותחים כדי לשפר את יכולת ההסרה המזוינת של תשתיות ירוקות. Biochar, חומר דמוי פחם המיוצר ביומסה, יש שטח משטח גבוה ויכול למודעות או ממתכות ומזהמים אורגניים.זה גם משפר את יכולת שמירת מים הקרקע ופעילות מיקרוביאלית.

שילוב עם החקלאות העירונית

הנדסת מערכות יכולה להיות משולבת עם ייצור מזון כדי ליצור נופים עירוניים רב תפקודיים.לנוחיות לבנות מחדש יכול לספק מים השקיה לגנים קהילתיים. גגות ירוקים יכולים לתמוך בייצור ירקות תוך ניהול מים סערה.אינטגרציה זו מגבירה את ההחזר הכלכלי על השקעות תשתית ירוקה בונה פרויקטים של טייס בדטרויט וקליבלנד הוכיחו את יכולת שילוב של טיפול במים סוערים עם חקלאות עירונית, תשומת לב זהירה למזון הוא הכרחי.

עמידות לשינוי האקלים

שינויי האקלים מגבירים את אירועי הגשמים ולהגדיל את תדירות הבצורת.מערכות ההנדסה האקולוגית חייבות להיות מתוכננות להתמודד עם שני הקיצוניים.קיבולת המעצר בגודל גבוה, מינים צמחיים סובלניים ופרוטוקולים גמישים של פעולות יהיה חיוני. תשתיות ירוקות יכולות גם להיות מתוכננות לספק שיתופיות כגון קירור, אחסון פחמן וחיבורות בית גידול, מה שהופך אותו אבן הפינה של אסטרטגיות הסתגלות עירונית.

הבא הכל ביחד: דרך קדימה לשמיכות עירוניות

הנדסת Ecosystem מציעה דרך מעשית ורחבה לשקם את איכות המים בשמיכות העירוניות.השיטות מוכחות, היתרונות הם למדידה, ואת הכפפות של הקהילות הם משמעותיים.אך אימוץ של גישות אלה דורש שינוי חשיבה - הרחק מצפייה במים כבעיה להעביר את הגבול, וכיוון לראות אותו כמשאב שיכול להזין מערכות אקולוגיות עירוניות.

עבור ערים רק להתחיל את המסע הזה, החל קטן יכול לבנות תנופה.גן גשם אחד על בית הספר או גג ירוק על בניין עירוני יכול להפגין את הרעיון ולחנך את הציבור. משם, קנה מידה של יישום ברמה המים דורש תכנון משולב, תקני ביצועים ברורים ומעורבות קהילתית.ערים אשר הראו את ההצלחה הגדולה ביותר - פורטוגל, סינגפור, פילדלפיה - מחויבים להשקעות ארוכות טווח והתאמה של גישותיהם על בסיס ניטור נתונים.

המדע ברור: הנדסת מערכות אקולוגיות יכולה לשפר משמעותית את איכות המים בשמיכות העירוניות.האתגר כיום הוא ליישם אותה באופן רחב, לשמור אותה ביעילות, ולחדש באופן רציף.עם אוכלוסיות עירוניות צומחות ומשאבי מים תחת לחץ גובר, הצורך לפעול מעולם לא היה גדול יותר.