הפחתת ההשפעה של ספירול עירוני על מחזורי גשם אזוריים ו הידרולוגיה

טביעת הרגל ההידרולוגית של התרחבות עירונית

ספירת אורבן – ההתרחבות הנמוכה, התלת-הרכב של ערים אל ארץ שלא מפותחת בעבר – היא אחת הצורות המעמיקות ביותר של שינוי קרקעי על פני כדור הארץ.כאשר אזורי המטרופולינים גדלים בחוץ, הם מחליפים יערות, חוות ורטבים עם בניינים, כבישים, מגרשי חניה, מגרשי חניה ו ⁇ .שינוי זה לא רק משנה את הנוף; הוא משבש את התהליכים הטבעיים השולטים על פני השטח והדור העירוני של כדור הארץ, הוא חייב לשנות יותר ויותר, בין תנועת המים, לבין מערכות המים החיוניות, לבין פני השטח הבלתי-ה, לבין המשתנים, לבין המשתנים, לבין המשתנים יותר ויותר, לבין המשתנים, בין כוכבי-הות, לבין המשתנים, לבין המשתנים, לבין המשתנים, לבין פני השטח הבלתי-צפופות-צפופות-צפופות-צפופים.

הקשר בין אורבניזציה ומשקעים כבר תועדו במשך עשרות שנים, אבל ההיקף והעוצמה של ספירול מודרני דורש הערכה חדשה. מאמר זה בוחן כיצד פיזור של התפתחות מערכי גשם אזוריים באמצעות אפקט חום עירוני, משנה רשתות ניקוז טבעי, משנה את שערי הטעינה של מים קרקעיים, ומדיקות איכות מים.

שינוי הקרקע והשפעת האי החום העירוני

מתוך Vegetation to Impervious Surfaces

אחת ההשפעות המיידיות ביותר של ספירת העיר היא החלפת קרקע מחוסנת, צומחת עם משטחים בלתי מאוישים. Concrete, asphalt, וגג חומרים סופגים ולאחסנים יותר אנרגיה סולארית מאשר כיסוי טבעי, יצירת משטחים שיכולים להיות 10-15 מעלות צלזיוס חם יותר מאשר אזורים כפריים סביב בימי הקיץ.

חשיבותם של גשם היא ביכולתו לשנות את היציבות האטמוספרית והזיהום.טמפרטורת פני השטח של Warmer משפרת את השטף של חום הגיוני לתוך שכבת הגבול, אשר יכול לערער את האווירה הנמוכה יותר ולגרות או להגביר את התפתחות סופת הרעמים.ערים כגון יוסטון, אטלנטה, ופניקס היו הנושא של מחקרים רבים המציגים כי אזורים עירוניים יכולים להגדיל את רמת הגשמים על ידי כ-15%- 30 תנאים מטאורולוגיים מסוימים במהלך קונסטנטין 1 (ALT:1) 1 (ALT:1) 1 (ALT:1 ).

מחסנים וענן מיקרופיזיקה

ספירה עירונית גם מזרקת כמויות גדולות של אווירוסולים - חלקיקים מכלי רכב, תעשייה, בנייה - באווירה. חלקיקים אלה משמשים כ-Nuclei , הגדלת מספר טיפות בתוך ענן. יותר טיפות קטנות אך קטנות יותר יכולות לעכב את תחילת המשקעים, עלולות לשנות דפוסים בתזמון ובמיקום.

תבניות גשם משתנות: תצפיות ומכניזם

שינויים בעצימות קדם ובתדירות

מחקרים תצפיתיים המקשרים באופן עקבי את האורבניזציה לשינויים במגפת הגשמים המקומית.שימוש בנתונים לוויין וברשומות ארוכות טווח של גשום גשם, החוקרים מצאו כי ערים עם ספירה רחבה לעתים קרובות מציגות עלייה בתדירות של אירועי גשם כבדים במהלך העונה החמה. לדוגמה, מחקר של נהר פרל דלתא בסין, אחד האזורים המהירים ביותר על פני כדור הארץ, תיעד עלייה של 5–10% במשקעים עירוניים, סביב מסדרונות העיריים, וצפו במטרופולין, במטרופולין, סביב מטרופולין, באינדיאנה, , מסדרונות דומים.

המנגנון כולל שילוב של זיהום המושרה על ידי UHI והרמת המכנית של האוויר על ידי החוספס של מבנים. כמו אוויר חם לא יציב עולה על העיר, זה יכול לגרום סערות חד פעמיות כי הם לאחר מכן מקודדים מטה, שבו הם עשויים להישען או להעצים בשל ההתכנסות של רוחות קושרים מוקף גבול כיפוף על ידי הנוף העירוני.

משמרות עונתיות ודיורנאליות

ספירת אורבן יכולה גם לשנות את התזמון של הגשמים.חלק מהמחקרים מצביעים על כך שערים עם אפקטים חזקים של UHI רואים שיעור גדול יותר של משקעים נופלים בשעות אחר הצהריים ושעות ערב מוקדם בהשוואה לאזורים כפריים, שבהם הגשמים מחולקים באופן שווה יותר לאורך כל היום, באופן עונתי, השיפור של גשם עקב האורבניזציה מופיע בולט ביותר באביב ובקיץ, כאשר התנאים המשתנים נפוצים ביותר.

שינויים אלה יש השלכות ישירות על ניהול מים.אירועים גשם אינטנסיביים, קצרים יותר, מגבירים את הסיכון להצפות פלאש, במיוחד בשפיכות מים עם כיסוי לא מזיק גבוה, בעוד לחשים יבשים ארוכים יותר בין סערות עלולים להדגיש צמחייה ולהגדיל את הביקוש השקיה.

הידרולוגיה ומשאבים מים: חיבור המים

הגדלת Runoff והפחתה של Infiltration

מנקודת מבט הידרולוגית, התוצאה הבולטת ביותר של ספירת העיר היא העלייה הדרמטית של משטח המתחולל. שבו פעם המשקעים יכולים לחדור לתוך הקרקע, לטעון מים קרקעיים, לזרום לאט דרך התת-קרקעית לזרמים, משטחים לא-מעורשים עכשיו מים במהירות לתוך סערות וערוצים.

משטר הזרמת הזרם

הנפח והמהירות המוגברת של ההפוגה משנים באופן יסודי את ה הידרולוגיה של קבלת זרמים.פסגות במהלך הסערה גדולות יותר ומגיעות מהר יותר – תופעה המכונה "הנפיחות" באופן הפוך, זרימת הבסיס (חלק מפלט של זרימה בזמן תקופות יבשות) נוטה לרדת כי פחות מים משתמטים אל שולחן המים.

(ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
(ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
(ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

ההשפעה נטו היא זרם שכבר לא מתנהג כמו אינגרטור טבעי של הידרולוגיה של שפיכת המים, אלא מתפקד כקונפדרציה ממונדסת עבור מי סערה.ההשפלה הזו היא לעתים קרובות בלתי הפיכות ללא מאמצי שיקום נרחבים.

מים קרקעיים טעינה וזרימת בסיס

ספירת אורבן מפחיתה את העמסה במים הקרקעיים בשתי דרכים עיקריות. ראשית, משטחים בלתי מאוישים מונעים חדירה ישירות.שני, הסרת צמחייה מושרשת עמוק (עצים ועשבים ילידים) מפחיתה את היכולת לקרקע להחזיק ולהעביר מים.אפילו כאשר ⁇ וגנים מחליפים כיסוי מולד, מערכות השורש הרדודות של turgras אינם מקדמים את אותה רמה של סינון כמו התפתחויות מזוקקנות, אך לעתים קרובות עלולות, אך עדיין להתרחש.

ההפחתה בטעינה יש השלכות ארוכות טווח. Aquifers המספקים מים לשתייה לקהילות פרברים רבים עשויים לחוות ירידה מתמשכת ברמת המים, הגדלת עלויות המשאבה וסיכון חדירה למים מלוחים באזורים החוף. במערב ארה"ב, למשל, הרחבת ההתפתחות הפרברים באזורים עקשניים היא הצבת לחץ נוסף על מאגרי מים קרקעיים ממושכים.

איכות המים Degradation

מטען זיהום משימוש ביבשה עירונית

השינויים ההידרולוגיים המתוארים לעיל מלווים בירידה חמורה באיכות המים.כפי שמפלס הסערה פועל מעל גגות, כבישים, דשא, כבישים, הוא אוסף קוקטייל של contaminants: מתכות כבדות מעמודי בועות וצמיגים, חומרים מזינים (nitrogen ו-phosphorus) מפריים ופסולת, חיידקים מקווי דליפה וממערכות נטולי ספקנות, כולל סוויטות פוליקולקליות קטנות.

באזורים רבים, התפוצצות המים של סופה היא כעת הגורם המוביל ללקות בגופים עירוניים.מחקר של הסוכנות להגנת הסביבה של ארצות הברית (EPA) מצא כי היפוף העירוני היה אחראי להשפלה של יותר מ-70% מהזרמים העירוניים המוערכים בארצות הברית (FLT:0(EPA: Runoff) 1 (ההשפעות כוללות eucatatestrate (מזוגדילות על ידי חומרים מזינים), הורג, , , סגרו את הים, את מקורות השתייה, ואת מקורות השתייה.

זיהום הרחם

היבט נוסף פחות מוערך של הידרולוגיה עירונית הוא זיהום תרמי. סוללה השמש וגגות חום רץ, אשר יכול להיות 2-5 מעלות צלזיוס חם יותר מאשר טמפרטורות זרם טבעי.זה מים חמים להפחית רמות חמצן מתמוסס ומדגיש מינים של דגים קרים מים כגון trout ו salmon. בזרמים שמקבלים מפלט עירוני משמעותי, ספויפי טמפרטורה יכולים לעלות על פני קריטיים, מה שהופך את בית הגידול ללא הרף עבור biohaable עבור biota Native.

השלכות על תכנון עירוני ותשתיות

עיצוב: Stormwater Management

האתגרים התאומים של גשם משתנה ו הידרולוגיה דהרד דורשת גישה חדשה לניהול מים עירוניים.ריפוי מסורתי ו-gutter, צינורות-וקודש מערכות מים נועדו להעביר את המעבר מהר ככל האפשר - אסטרטגיה שמעצימה את הצפה והזיהום. בניגוד, פיתוח נמוך-אימפריאליסטי מודרני (LID) וטכניקות תשתית ירוקות במטרה לחקות התפתחות טרום-התפתחות על ידי קידום הידרולוגיה, הדבקה, פאניקה, , משיכה אחסון.

אסטרטגיות תשתית ירוקה

הגישות הבאות הוכחו כדי להפחית את ההשפעות ההידרולוגיות של ספירול עירוני:

(ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
(ב) גינות וביו-סוואלספל (FLT:0) ; ;0) גנים וגנים של יבולים (ValswalesFcioLT:1) , ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
(FLT:0) גגות ירוקות מפוארים 1:1 - מערכות גג המכילות גשם, לספק קירור evaporative, ולהפחית את השימוש באנרגיה בבניה.על בקנה מידה רחב, גגות ירוקות יכולים להוריד את אפקט האי החום העירוני, פוטנציאל להפחית את תנופה התרמית עבור זיהום משופר.
(FLT:0)Rainwater HarvestingFLT:1 - cisterns וגבילות גשם שלוכדים את קורת גג לשימוש מאוחר יותר בשקיקה או בתוך יישומים שאינם ניתנים להחלפה.
(FLT:0) עץ קאנובן (Urban tree canopyFLT:1) - עצירים ליירט גשם (עד 20-30% על בסיס שנתי), לקדם חדירה באמצעות ערוצי שורש, ולספק צל המפחית את טמפרטורות פני השטח ואת אפקט UHI.

תכנון אזורי ומדיניות

תשתיות ירוקות יעילות ביותר כאשר הן מוחלות בקנה מידה המים.תוכניות ניהול מים אזוריים של סערות הדורשות שמירה על נפח מוגדר של רצף (למשל, הסערה ה-90%) נפוצות יותר ויותר בתחומי שיפוט כגון פילדלפיה, פורטלנד, ומדינת מרילנד.מדיניות זונינג המגבלה כיסוי לא מזיק, קידום פיתוח קומפקטי, והגנה על מכופרים קרועים לשחק תפקיד חיוני ללא מסגרת כזו, לא יכול לפצות על פיסות גדולות של ⁇ לא יכול לפצות על ⁇ .

הסתגלות אקלים ו-Outlook

השפעות מדהימות של התחממות גלובלית

ספירת אורבן אינה מתרחשת באקלים של ואקום.השינוי העולמי כבר מגביר את המעגל ההידרולוגי, המוביל לאירועים קיצוניים יותר באזורים רבים.כאשר מגמות טבעיות אלה מועלות על ההחזקות העירוניות של הגשמים המתוארים קודם לכן, התוצאה יכולה להיות עלייה לא ליניארית בסיכון הצפה.

צרכים ומודלים

כדי לשפר את התחזיות, החוקרים משלבים נתונים עתירי קרקע ברזולוציה גבוהה עם מודלים מזג אוויר ואקלים.מודל המחקר מזג האוויר וחיזוי (WRF), בשילוב עם פרמטרים עירוניים, יכול לדמות כיצד שינויים בדחיסות הבנייה, גובה, וחומרים משפיעים על המטאורולוגיה המקומית.מודלים כאלה משמשים יותר ויותר להעריך את ההשלכות ההידרולוגיות של תרחישי פיתוח מוצעים.

אפשרויות לניהול משולב

ההתכנסות של ספירת יערות עירונית, שינוי דפוסי גשם, ולחצים באיכות המים יוצרת הזדמנות לתכנון עירוני רגיש למים הוליסטיים.ערים שמשקיעות בתשתיות ירוקות, לשמר מרחב פתוח, ולאמץ עקרונות צמיחה חכמים יכולים להפחית את הפגיעות שלהם לשיטפונות ולבצורת, תוך שיפור איכות החיים עבור התושבים.השותפים – כולל אוויר נקי, שכונות קרירות יותר, בילוי משופר, ונכסים גבוהים יותר – כמו גם השקעות אטרקטיביות מבחינה כלכלית.

לדוגמה, העיר מלבורן, אוסטרליה, אימצה אסטרטגיה "עיר רגישה מים" המשלבת את יבול המים הסוערים, החלל הירוק, ואת עיצוב עירוני יעיל מים.אינדיקטורים מוקדמים להראות ירידה שיאים ושיפור בריאות הזרמים, אפילו כאשר העיר ממשיכה לגדול. בדומה, יוזמת "עיר מגיבה" בסין היא רטרוfitting משקעים עירוניים ביותר מ -30 ערים כדי ללכוד ולאטפל, גם מים.

מסקנה: קריאה לצמיחה חכמה יותר

ספירת אורבן אינה רק בעיה לשימוש קרקעי; היא נהג של שינוי הידרולוגי עמוק.על ידי החלפת נופים חד-משמעיים עם כיסוי לא-מעורר, שינוי האקלים המקומי, ולהגדיל עומסים מזוהים, התפתחות שקיפות נמוכה משבשת את מחזור המים הטבעי בדרכים שמפשרות איכות מים, זמינות מים ובטיחות הצפות.

הבסיס המדעי של התערבויות אלה חזק יותר מתמיד.מתכננים, מהנדסים, נבחרי ציבור הפועלים על הידע הזה יכולים לעזור להניא את ההתפתחות לכיוון נתיב יציב יותר ובר קיימא - אחד שבו דפוסי גשם ו הידרולוגיה אינם מוזנחים, אלא משוחזרים ומשתפרים בתוך הנוף העירוני.