Le aree urbane in tutto il mondo si stanno allegriando alle sfide crescenti della gestione delle acque reflue. Le città si espandono, la sostituzione di paesaggi naturali permeabili con superfici impervie, i tetti di risanamento, le strade e i parcheggi, che probabilmente disgrega il ciclo naturale dell'acqua.

Le funzioni idrologiche della copertura della vegetazione

La vegetazione modifica il ciclo idrologico urbano attraverso una serie di processi fisici e biologici interconnessi, oltre a assorbire semplicemente acqua, piante e sistemi di suolo che supportano attivamente il ritardo, il deposito e la riduzione della quantità netta di deflusso generato durante un evento di tempesta.

Intercettazione e stoccaggio di catopo

Le foglie, i rami e le superfici abbaglianti catturano le gocce di pioggia, tenendole temporaneamente fino a evaporare nell'atmosfera o a gocciolare verso il suolo. La quantità di acqua intercettata dipende dal tipo di vegetazione: gli alberi a foglia corta generalmente immagazzinano più acqua per area unitaria che conifere, così come l'indice di superficie fogliare, la densità di baldacchino e le caratteristiche di tempesta.

Infiltrazione e Permeabilità del suolo

Le radici vegetali creano una complessa rete di macropori nel terreno, che insieme alla materia organica dalle foglie e dalle radici in decomposizione, migliorano notevolmente la struttura del suolo e aumentano la capacità di infiltrazione. Negli ambienti urbani, dove i suoli sono spesso compattati per costruzione e per il traffico dei piedi, istituendo piante radicate in profondità possono ripristinare alcune di questa permeabilità perduta.

Evapotranspiration

La vegetazione restituisce attivamente il vapore acqueo all'atmosfera attraverso la traspirazione, un processo che tira l'acqua dalle radici e lo rilascia attraverso le stomate fogliari. Combinato con l'evaporazione da acqua intercettata e superfici del suolo, questo flusso di evapotraspirazione rimuove l'acqua che altrimenti contribuirebbe a disfarsi o immagazzinare.

Roughe di superficie e resistenza al flusso

Le superfici vegetali sono molto più ruvide di asfalto o cemento. Le gomme, le foglie e le piante creano un trascinamento che rallenta il flusso di acqua surriscaldato. Questa maggiore rugosità superficiale riduce la velocità di flusso, dando acqua più tempo per infiltrarsi e risolvere solidi sospesi. L'effetto è particolarmente pronunciato in paludi vegetati e strisce filtranti, dove erbe dense o piante erbacee possono ridurre notevolmente la velocità di flusso di scarico di un ordine di magnitudine rispetto a picco di magnitudine.

Sistemi di radice e struttura del suolo

Oltre a creare macropores, i sistemi di radice legano fisicamente le particelle di suolo, aumentando la coesione del suolo e la resistenza all'erosione. Questa stabilizzazione è fondamentale per mantenere la capacità di infiltrazione nel tempo. Come radici muoiono e decompongono, lasciano dietro la materia organica che alimenta i microbi del suolo e migliora ulteriormente la porosità. Un sistema di radice ben sviluppato supporta anche una comunità robusta di vermi di terra e di altre fauna del suolo, che contribuiscono a ripristinare le radici di bioturbazioni del suolo.

Quantificare l'impatto: Ricerca e Modellazione

Per progettare un'efficace infrastruttura verde, i progettisti devono prevedere come i cambiamenti nella copertura della vegetazione influenzeranno i volumi di deflusso e i flussi di picco. Ciò richiede studi empirici e modelli informatici che possono simulare le complesse interazioni tra pioggia, vegetazione e l'ambiente costruito.

Studi sul campo empirico

Numerosi esperimenti sul campo hanno misurato la riduzione del disgelo da vari tipi di vegetazione urbana. Ad esempio, uno studio di quartieri residenziali con copertura di tetto al 30% ha trovato una riduzione del 15% al 25% del dislivello annuale rispetto ai quartieri con meno del 10% di copertura.

Modelli idrologici

I modelli come il modello di gestione dell'acqua di Storm (SWMM) e il programma di simulazione idrologica (Fortran (HSPF) sono ampiamente utilizzati per valutare l'impatto della vegetazione sul runoff alla scala di spartiacque o sub-catchment. Questi modelli incorporano i parametri per l'intercettazione di baldacchino, l'infiltrazione del suolo, l'evapotrazione e la rugosità superficiale.

Soglie e risposte non lineari

Una certa soglia minima di vegetazione, spesso citata come 20% al 30% di una zona spartiacque, può essere necessaria per osservare significativi benefici idrologici. Sopra questa soglia, la copertura vegetativa aggiuntiva continua a migliorare le prestazioni ma con rendimenti ridotti. Inversamente, anche una piccola riduzione della copertura imperviosa o aumento della superficie vegetata può avere effetti disproporzione attenuati se mirati in posizioni strategiche.

Strategie urbane per massimizzare i benefici della vegetazione

L'integrazione della vegetazione nel tessuto urbano richiede un design e una politica deliberati, e sono emersi diverse migliori pratiche che combinano prestazioni idrologiche con benefici estetici, sociali ed ecologici.

Tetti verdi

I tetti verdi sostituiscono le tradizionali superfici di copertura impervious con sistemi a strati che includono una membrana impermeabile, uno strato di drenaggio, un mezzo in crescita e una vegetazione. Intercettano l'acqua piovana, un lento deflusso, e forniscono vantaggi aggiuntivi come l'isolamento ed il mitigazione dell'isola di calore urbano.

Giardini e biosvegli

I giardini di pioggia sono bassi, le depressioni piantate progettate per ricevere il deflusso da aree impervie adiacenti come tetti e vialetti. Si basano sugli effetti combinati della vegetazione, della filtrazione del suolo e dello stagni temporanei per ridurre i volumi di scarico.

Foreste urbane e alberi di strada

Gli alberi di strada e le foreste urbane giocano un ruolo cruciale, soprattutto nell'intercettare le precipitazioni prima di colpire il terreno. Un albero deciduo maturo può intercettare fino a 100 galloni di acqua all'anno, mentre un grande conifere può intercettare ancora di più. Le città che privilegiano i programmi di piantagione di alberi, come ad esempio Milioni di New York City, i pitout strutturali, le riduzioni misurabili in acque di runoff accanto a benefici come la qualità e l'ombra migliorata.

Conservazione degli spazi verdi naturali

Una delle strategie più convenienti è quella di preservare la vegetazione naturale esistente, come le aree boschive, le zone umide e i buffer ripariani. Questi ecosistemi maturi hanno già una struttura del suolo completamente sviluppata, sistemi radicali profondi e una capacità di intercezione elevata. Proteggendoli dallo sviluppo non solo mantiene la loro funzione idrologica ma supporta anche la biodiversità e le opportunità ricreative.

Pavimenti permeabili con strisce vegetali

Pavimenti permeabili, come asfalto poroso, cemento pervioso e paverni interlocking, permettono all'acqua di infiltrarsi attraverso la superficie in una base di stoccaggio.Quando combinato con strisce o pitture vegetali adiacenti, creano un sistema ibrido che massimizza l'infiltrazione e l'evapotraspirazione. La vegetazione aiuta a mantenere la porosità del terreno e l'evapotrasporto concentrato acqua, impedendo la base di diventare sistemi di piazzamento particolarmente.

Sfide e limitazioni

Nonostante i benefici chiari, l'attuazione della gestione delle acque meteore a base di vegetazione affronta ostacoli pratici che devono essere affrontati per il successo a lungo termine.

Manutenzione e Longevità

L'infrastruttura verde richiede una manutenzione regolare: erba, pacciamatura, potatura e sostituzione di impianti che muoiono. Senza una cura costante, le prestazioni possono degradare rapidamente. L'accumulo di sedimenti nei giardini o bioswales possono intasare la superficie del suolo, riducendo drasticamente l'infiltrazione.

Constraints spazio

Nelle zone urbane dense, la terra è ad un premio, e la concorrenza per lo spazio con edifici, utilità e trasporto può limitare dove la vegetazione può essere installato. I tetti verdi sono un'opzione praticabile per i siti senza spazio di livello terra, ma aggiungono il carico strutturale e il costo. Le vie di strada e strette offrono poco spazio per la semina.

Variabilità del clima

In regioni aride, basse precipitazioni significa che l'intercettazione e l'evapotraspirazione possono avere un impatto relativo minore; inoltre, l'acqua di irrigazione per le piante può essere una preoccupazione di risorsa. Nei climi freddi, il suolo congelato riduce l'infiltrazione, e gli alberi decidue perdono le loro foglie, diminuendo l'intercettazione durante le tempeste invernali. Le specie Evergreen possono aiutare a mantenere una certa funzione tutto l'anno, ma i progettisti devono tenere conto di variazione stagionale è la variazione di stagione.

Soil Compaction e Soils Urban

I suoli urbani sono spesso molto compattati per costruzione e compattazione, con densità di massa che limitano fortemente la penetrazione delle radici e l'infiltrazione dell'acqua. Semplicemente piantando la vegetazione in tali terreni senza modifiche del suolo precedenti è improbabile per produrre buoni risultati. Le tecniche di riparazione includono ripping profondo, l'aggiunta di materia organica, e l'utilizzo di miscele strutturali del suolo progettate per sostenere sia il pavimentazione che le radici.

Integrazione della copertura della vegetazione nella politica di gestione delle acque tempestose

Realizzare il pieno potenziale di vegetazione per la riduzione dei deflussi richiede strutture politiche di sostegno che conferiscono o incentivano l'infrastruttura verde.

Driver regolatori

Negli Stati Uniti, il Clean Water Act’s National Pollutant Discharge Elimination System (NPDES) richiede sistemi municipali separati di fognature (MS4s) per sviluppare programmi che riducono i carichi inquinanti nella massima misura praticabile. Molti permessi MS4 ora includono requisiti per le infrastrutture verdi da considerare in nuovi sviluppi.

Programmi di Incentivazione e Finanziamento

Molte città offrono sconti per le tariffe per le proprietà che installano tetti verdi, giardini piovosi o pavimentazioni permeabili. Ad esempio, Portland, Oregon, fornisce un Clean River Reward per i proprietari di case che gestiscono il runoff sulla loro proprietà.

Case Studies: Città leader

Il programma di Filadelfia Green City, Clean Waters è uno degli esempi più ambiziosi, mirando a gestire le acque meteorite con infrastrutture verdi di 10.000 acri entro il 2036. La città ha installato migliaia di giardini pioggia, tetti verdi e pavimentazioni porose, con conseguente riduzione misurabile dei flussi di fogna combinati.

Le direzioni e le innovazioni future

Come si evolve l'idrologia urbana, nuove idee e tecnologie promettono di migliorare ulteriormente il ruolo della vegetazione nella gestione dei runoff.

Smart Green Infrastructure

I sensori di umidità del suolo possono informare l'irrigazione automatica o le valvole di innesco per drenare gli strati di stoccaggio prima di una tempesta imminente, massimizzare la capacità di stoccaggio. La modellazione predittiva combinata con le previsioni meteorologiche potrebbe consentire il controllo intelligente dei tetti verdi e dei giardini di pioggia per regolare la ritenzione in anticipo della pioggia pesante.

Agricoltura urbana e spazi verdi multifunzionali

I giardini comunitari e le fattorie urbane non solo forniscono cibo ma contribuiscono anche alla gestione delle acque reflue. Le coltivazioni profonde e i terreni concomitanti comuni nell'agricoltura urbana hanno alti tassi di infiltrazione. Progettare questi spazi con bassi fami e paludi può catturare il deflusso dai paesaggi circostanti. I vantaggi della produzione alimentare e della mitigazione delle inondazioni possono aumentare la redditività comunitaria e la redditività delle infrastrutture verdi.

Adattamento climatico e resilienza

I ricercatori stanno esplorando il concetto di “città dello sposo” pionieri in Cina, dove le reti verde-blu di grandi dimensioni (combinando vegetazione e acqua aperta) assorbiscono e immagazzinano l’acqua piovana in eccesso. I urbanisti stanno anche considerando come combinare misure vegetative con pareti inondazioni naturali e tamponi costieri per proteggere contro il composto inondazione da pioggia e tempesta.

Conclusioni

La copertura vegetale non è solo un'amenità estetica nelle città ma una componente fondamentale della gestione sostenibile delle acque di tempesta. Attraverso l'intercettazione delle piogge, l'infiltrazione del suolo, la promozione della risanamento e la lenta del flusso di terra, le piante riducono drasticamente il volume e il flusso di picco del deflusso. I benefici si estendono oltre la mitigazione dell'inondazione per includere la riduzione dell'inquinamento, la riduzione delle acque sotterra, la creazione di habitat e la creazione di habitat e la livabilità urbana, la creazione e la livability migliorata, la livability urbana.