Gestione del Runoff autostradale: il caso per le tranches di infiltrazione

I progetti di espansione autostradale sono una risposta comune alla crescente congestione del traffico e alla necessità di migliorare le infrastrutture di trasporto. Tuttavia, aumentando la quantità di superficie imperviosa - asfalto e cemento - altera notevolmente l'idrologia naturale di uno spartiacque.

Comprendere le trincee di infiltrazione

Definizione e configurazione di base

Un trincea di infiltrazione è una depressione lineare scavata che è riempita di pietra o ghiaia. È progettato per intercettare il deflusso superficiale, conservarlo temporaneamente all'interno degli spazi vuoti dell'aggregato di pietra, e poi permettergli di percolare lentamente nel terreno sottostante.

Componenti chiave

Un trincea di infiltrazione ben progettato è costituito tipicamente da diversi strati distinti:

  • Struttura di aspirazione o flusso d'acqua:[] Progettato per catturare il flusso di foglio dalla superficie del pavimento e dirigerlo nella trincea.
  • strato superficiale vegeto o non vegeto:[ Può includere uno strato sottile di terreno e erba sopra la parte superiore della pietra, o una superficie tombale esposta all'aria. La vegetazione può aiutare a rimuovere alcuni inquinanti e mantenere la capacità di infiltrazione.
  • Aggregate strato di stoccaggio:[] Il corpo principale del trincea, tipicamente riempito di pietra pulita e uniformemente classificata (spesso 1,5 a 3 pollici di diametro). Lo spazio vuoto, di tipo 30-40 per cento, fornisce un deposito temporaneo per il deflusso.
  • Spagnolo di filtrazione o tessuto geotessile:[] Uno strato di pietra più fine o un geotessile non tessuto collocato tra lo strato di stoccaggio aggregato e il terreno sottostante, che impedisce la migrazione del suolo nella pietra, che intaserebbe rapidamente il trincea e ridurne l'efficacia.
  • Observazione bene o la porta di monitoraggio:[ Un tubo perforato che si estende fino al fondo della trincea consente l'ispezione dei livelli di acqua e l'accumulo di sedimenti.
  • Underdrain (opzionale): Nelle aree con terreni di lenta infiltrazione, un sottodrain può raccogliere acqua trattata e trasportarla in un punto di scarico a valle.

Come funziona il Trenches di infiltrazione: dal Runoff al ricarica

Durante un evento di pioggia, il deflusso dalla superficie autostradale scorre verso il trincea. L'ingresso cattura questa acqua e la dirige sulla superficie della pietra. L'acqua poi percola verso il basso attraverso l'aggregato, che agisce sia come mezzo di stoccaggio che come filtro.

Il tasso di penetrazione dell'acqua è regolato dal tasso di infiltrazione del suolo nativo. Questo è un parametro critico. Se il terreno è troppo stretto (ad esempio, argilla), l'acqua non si infiltra abbastanza rapidamente, e il trinceaio riempirà e potenzialmente traboccante. Se il terreno è troppo permeabile (ad esempio, la perfiltrazione può essere molto utile), i tassi di trinceabilità

Quando l'acqua raggiunge la superficie del suolo in fondo alla trincea, inizia a muoversi nella zona insaturi, questo processo è guidato da gravità e azione capillare. Nel tempo – ore a giorni dopo una tempesta – l'acqua immagazzinata si infiltra completamente nel terreno, ripristinando il volume perso allo sviluppo e aiutando a mantenere il flusso di base in flussi locali. L'intero processo è passivo, senza pompe o componenti meccanici.

Vantaggi Oltre la riduzione del runoff

Mitigazione e controllo del flusso di picco

Il vantaggio più immediato è una riduzione del tasso di scarico di picco. Catturando il runoff e rilasciandolo lentamente attraverso l'infiltrazione, il trincea riduce il rischio di inondazione locale e riduce il peso sulle fognature e canali di tempesta a valle. Questo è particolarmente prezioso in aree densamente sviluppate dove i sistemi di fognatura sono già sovraccaricati.

Miglioramento della qualità dell'acqua

Il roditore autostradale è carico di sostanze inquinanti: metalli pesanti da cuscinetti freno e usura di pneumatici, idrocarburi e olio da perdite di veicoli, sali stradali e prodotti chimici di de-icing, sedimenti da applicazioni di sabbia invernale, e litter.

Ricaricamento delle acque sotterranee

L'espansione autostradale sostituisce il terreno permeabile con superfici impervi, riducendo la quantità di acqua che può immergersi nella terra. Questo può abbassare la tabella dell'acqua e ridurre il flusso di acqua secca in corsi d'acqua. Le trincee di infiltrazione aiutano a contrastare questo effetto rielaborando l'aquilino poco profondo. Ciò è particolarmente utile in aree dove l'acqua di terra è una fonte di acqua potabile o dove i flussi di flusso sono ecologicamente sensibili.

Inquinamento termico ridotto

Il deflusso dalle superfici pavimentate in estate può essere significativamente più caldo rispetto ai corpi d'acqua che ricevono. Questo shock termico può danneggiare le specie di pesci d'acqua fredda. Come l'acqua si infiltra attraverso la pietra e il suolo, perde calore a terra, e la temperatura dell'acqua che alla fine raggiunge il flusso è moderata.

Costo-efficacia nel tempo

Rispetto ai sistemi convenzionali di gestione delle acque di tempesta, come grandi stagni di detenzione o volte sotterranee, le trincee di infiltrazione possono essere meno costose da costruire, soprattutto su progetti autostradali lineari dove la destra della strada è limitata.

Considerazioni di progettazione e ingegneria

Test di infiltrazione del suolo

Prima di progettare un trincea, le indagini geotecniche sono essenziali[. I test di filtrazione e di filtrazione del suolo devono essere eseguiti nella posizione di trincea proposta. Il tasso di infiltrazione del suolo nativo determina la dimensione del trincea necessario - i tassi più bassi richiedono un volume di stoccaggio più grande o un trincea più lungo per raggiungere lo stesso livello di riduzione di runoff.

Tagliare il Trench

Il volume richiesto della trincea è calcolato sulla base della tempesta di progettazione, più comunemente il 1-anno, la tempesta di 24 ore o la tempesta di qualità dell'acqua (spesso 1 a 1,5 pollici di pioggia). L'obiettivo è quello di catturare il volume desiderato di deflusso e permettergli di infiltrarsi entro 48 a 72 ore (per prevenire l'allevamento di zanzare e le condizioni anaerobiche).

Pretrattamento e sedimentazione

Una delle cause più comuni di insufficienza di trincea di infiltrazione è intasamento da sedimenti. Per mitigare questo, un elemento di pretrattamento come una striscia di filtro di erba, un forebay di sedimenti, o una vasca di tuffo dovrebbe essere installato a monte della trincea.

Prestazioni climatiche fredde

Nei climi settentrionali, le trincee di infiltrazione affrontano sfide uniche. La neve e il ghiaccio possono bloccare l'ingresso. I prodotti chimici di de-icing possono influenzare il tasso di infiltrazione del suolo (per dispersione delle particelle di argilla) e possono causare le prugne di sale invernali che hanno un impatto sulla qualità delle acque sotterranee. Tuttavia, le trincee adeguatamente progettate possono ancora funzionare efficacemente nei climi freddi se sono progettati con un adeguato stoccaggio e sono costruite sotto la linea di gelo.

Monitoraggio e manutenzione

Un trincea di infiltrazione che non viene mantenuto fallirà rapidamente. Il sedimento e i detriti organici si accumulano sulla superficie e negli strati superiori della pietra. Nel tempo, questo crea un "crosta" che l'acqua non può penetrare.

  • Ispezione dell'ingresso e rimozione dei detriti dopo ogni grande tempesta.
  • Cucire e mantenere la vegetazione superficiale.
  • Rimuovere sedimenti accumulati dalla superficie di trincea.
  • Controllare bene l'osservazione per acqua stagnata che non drena entro 72 ore (un segno di intasamento).
  • Sostituzione della cima 6 a 12 pollici dell'aggregato di pietra quando la trincea diventa pesantemente intasato.
  • Flushing o sostituzione del sottotiro se utilizzato.

Limitazioni e quando evitare le trincee di infiltrazione

Le trincee di infiltrazione non sono una soluzione universale. Varie condizioni del sito li rendono inadatti o impraticabili:

  • L'acqua sotterranea alta tavolo:[] Se il tavolo d'acqua stagionale è entro 2 a 4 piedi del fondo di trincea, l'infiltrazione sarà gravemente limitata, e il sistema non può drenare correttamente.
  • drenaggio del terreno:[] Dolori con bassi tassi di infiltrazione (ad esempio, argilla pesante) causerà la trincea di tenere l'acqua per lunghi periodi, potenzialmente uccidere la vegetazione e creare problemi di odore e zanzara.
  • Sentipendii profondi:[ Su piste superiori al 10-15 per cento, il disegno a livello-sottopopolare di un trincea è difficile da costruire, e l'acqua tenderà a scorrere attraverso la parte superiore piuttosto che infiltrarsi.
  • Carico elevato dei sedimenti:[] Se l'area di drenaggio tributario ha un alto approvvigionamento di sedimenti (ad esempio, cantieri o colline erosive), la trincea si riempirà rapidamente e richiederà frequenti interventi di manutenzione.
  • Siti collegati:[ Nelle aree industriali o nei siti di rifiuti pericolosi, infiltrarsi in un runoff potrebbe mobilitare contaminanti nel suolo e nelle acque sotterranee.
  • Geologia del battito:[ Nelle aree con roccia calcarea, l'infiltrazione può creare buche o fornire un percorso diretto all'acqua di terra senza una filtrazione adeguata.

Studi sui casi e performance reali

California: un modello di integrazione

Il Dipartimento dei Trasporti della California (Caltrans) è stato un leader nell'adozione di pratiche di infiltrazione per i progetti autostradali. Un esempio notevole è il Stato Route 99 (SR-99) progetto di espansione[ nella contea di Sacramento. Il progetto ha incorporato una serie di trincee di infiltrazione lungo un tratto di 5 miglia di nuovo pavimentazione.

Minnesota: Cold Climate Experience

Il Dipartimento di Trasporto del Minnesota (MnDOT) ha ricercato l'infiltrazione BMPs ampiamente. Un progetto su Interstate 94 a Minneapolis[[] usato trincee di infiltrazione nella mediana per gestire il deflusso da un progetto di ampliamento autostradale. Il disegno ha incorporato uno strato di pietra più profondo (4 piedi) per immagazzinare l'acqua durante i mesi invernali quando il terreno è stato congelato.

Washington, D.C.: Riconfigurazione dell'autostrada urbana

In un contesto più urbano, il District Department of Transportation (DDOT) integrato trincee di infiltrazione lungo una sezione di I-295 durante una ricostruzione importante.

Confronto con altri BMP Stormwater

Le trincee di infiltrazione sono uno strumento tra molti. Altri BMP comuni includono:

  • Permeabile pavimentazione:[] Funzione simile ma gestisce il deflusso direttamente sulla superficie del pavimento. Più costoso ma può essere utilizzato nelle aree di parcheggio e nei percorsi a basso traffico.
  • Cari di detenzione:[] Conservare l'acqua sulla superficie e rilasciarla lentamente. Più efficace per grandi tempeste ma richiedono più terra e non forniscono la ricarica delle acque sotterranee.
  • Le cellule di equitazione (giardini di grano):[ Depressioni basse e vegetate che filtrano il deflusso attraverso il suolo e le piante.
  • Filtri di terra:[] Usati nelle aree urbane a spazio limitato. Efficace nel trattamento del deflusso ma non forniscono solitamente la ricarica delle acque sotterranee a meno che non vengano rimossi i sottofondi.

Le trincee di infiltrazione offrono un buon equilibrio di riduzione del volume, trattamento della qualità dell'acqua e l'efficienza del terreno[[]], rendendole particolarmente adatte a progetti stradali lineari dove lo spazio è limitato ma i requisiti di prestazione sono elevati.

Il paesaggio regolamentare e Outlook futuro

Negli Stati Uniti, il National Pollutant Discharge Elimination System (NPDES) richiede la gestione delle acque di tempesta per l'autostrada e altri progetti di costruzione che disturbano più di un acro. Molti stati e comuni richiedono ora che i nuovi progetti di sviluppo e di espansione trattino un volume specifico di qualità dell'acqua, e sempre più essi sono richiedendo ricarica delle acque sotterranee] come parte del piano di gestione delle acque di gestione delle tempeste.

L'amministrazione autostradale federale (FHWA)[] e altre agenzie stanno investendo nella ricerca su come migliorare la longevità dei sistemi di infiltrazione, come migliorare le prestazioni a freddo e come integrarle con altre pratiche di infrastruttura verde.

Conclusioni

Con l'acquisizione di acqua di tempesta, filtrandola attraverso la pietra e il suolo, e permettendogli di ricaricare le acque sotterranee, riducono il rischio di inondazione, migliorano la qualità dell'acqua nei flussi vicini, e contribuiscono a ripristinare il naturale equilibrio idrico che lo sviluppo interrompe.

Per ulteriori indicazioni tecniche, la pagina EPA Green Infrastructure[] fornisce le migliori pratiche, mentre le risorse FHWA Green Infrastructure[ includono una guida specifica per le applicazioni autostradali.