Introduzione

La gestione delle acque urbane è una delle sfide ambientali più pressanti che affrontano le città in tutto il mondo. Poiché gli spartitititi diventano sempre più coperti da superfici impervi come strade, parcheggi e tetti, l'infiltrazione naturale delle precipitazioni è gravemente ridotta.

La sedimentazione è fondamentale perché non agisce da sola. Le particelle di sedimentazione spesso servono come portatrici per altri contaminanti, come fosforo, azoto, metalli pesanti e agenti patogeni. La sedimentazione di controllo, quindi, è un passo fondamentale nella salvaguardia della qualità dell'acqua urbana e nella costruzione di comunità resilienti.

Che cos'è la sedimentazione?

La sedimentazione è il processo naturale attraverso il quale le particelle sospese in acqua si distinguono dal flusso a causa della gravità. Nei sistemi urbani di acqua tempestiva, il termine si riferisce tipicamente all'accumulo di suolo, sporco, sabbia, limo, argilla e detriti organici che vengono erosi dalle superfici terrestri durante gli eventi di pioggia.

Fonti primarie del Sedimento Urbano

A differenza delle aree rurali o forestali, i paesaggi urbani hanno molte superfici disturbate ed esposte che sono altamente erodible.

  • Siti di costruzione:[[] Terreno nudo, le scorte e le attività di movimento terra generano enormi carichi di sedimenti. L'EPA stima che i tassi di erosione del cantiere possono essere 10-20 volte superiori a quelli agricoli e 1.000 volte superiori alle aree boschive.
  • Strade e aree di parcheggio non asfaltate:[ Strade di ghiaia, vicoli sterrati e spalle non pavimentate contribuiscono a particelle fini che vengono facilmente lavate in scarichi di tempesta.
  • Riconoscendo le bancarelle e i canali:[] L'urbanizzazione aumenta spesso la velocità di flusso, causando il flagello bancario e l'ampliamento dei canali, che rilascia sedimenti memorizzati.
  • Terreno a terra e a terra nuda:[ I cantieri residenziali, i parchi e i lotti vacanti senza copertura vegetativa sono suscettibili di spargimento e di rimboschimento dell'erosione durante le tempeste.
  • Le scarichi e le fuoriuscite illecite:[ Sabbia, ghiaia e altri materiali da attività industriali o commerciali possono entrare direttamente nei sistemi di acqua tempesta.

Una volta che il sedimento è mobilitato, viene trasportato attraverso la rete di acque meteore e mdash; un complesso di grondaie, bacini di cattura, tubi, ditches e canali— finché non si stabilisce in bacini di ritenzione, stagni di detenzione, o corpi idrici naturali, o viene scaricato direttamente in acque riceventi.

Impatto ambientale della sedimentazione

Le conseguenze ambientali della sedimentazione sono di vasta portata e spesso interconnesse. Il sedimento non solo acqua nuvolosa; altera l'integrità fisica, chimica e biologica degli ecosistemi acquatici.

Degradazione della qualità dell'acqua

I solidi sospesi aumentano la torbidità, riducono la penetrazione della luce e compromettono il valore estetico e ricreativo dei corpi idrici. Più criticamente, il sedimento porta spesso un cocktail di sostanze inquinanti. I nutrienti come il fosforo e l'azoto sono attaccati alle particelle del suolo; quando questi si stabiliscono nei laghi o nei serbatoi, alimentano l'eutrofizzazione e producono sostanze alfatiche.

Arredo agli ecosistemi acquatici

I pesci che vivono in acque profonde sono meno stressanti per i pesci, i macroinvertebrati e le piante acquatiche. I sedimenti sottili possono smaltire i letti di ghiaia che sono habitat essenziali per i salmonidi e altri pesci. Le uova e le larve di molte specie richiedono spazi interstiziali puliti e ossigenati; quando i sedimenti riempiono questi pori, i tassi di sopravvivenza delle uova si idraiano.

Contributo all'Effetto Urban Heat Island

Quando il sedimentazione si accumula in stagni d'acqua, nelle zone umide e nei canali, oscura la superficie dell'acqua e riduce l'albedo. Le superfici scure assorbono più radiazioni solari, sollevano le temperature dell'acqua. Le temperature d'acqua elevate, a sua volta, abbassano i livelli di ossigeno disciolto e aumentano la tossicità di alcuni inquinanti.

Implicazioni di salute pubblica

Le acque torbide possono contenere agenti patogeni che causano malattie come E. coli], ]Cryptosporidium, e Giardia sopravvivere, che si attaccano alle particelle di sedimenti e alle acque più lunghe

Impatto sulle infrastrutture urbane

Oltre all'ambiente, la sedimentazione provoca un caos sui sistemi ingegnerizzati, progettati per gestire le acque di tempesta, e gli effetti cumulativi sono costosi e spesso invisibili fino a quando i sistemi non riescono.

Chiusura dei sistemi di trasporto Stormwater

La separazione si accumula in bacini di cattura, tubazioni, culti e canali aperti, riducendo la capacità idraulica e aumentando il rischio di blocchi. In casi estremi, un drenaggio di tempesta intasato può causare inondazioni localizzate durante eventi di pioggia anche moderati. La città di Los Angeles, ad esempio, spende milioni di anni all'anno per rimuovere il sedimento dalla sua vasta rete di bacini di cattura e bacini di detrito.

Danni ai Basin di detenzione e di detenzione

Le misure di controllo delle acque di tempesta (SCM) come stagni di detenzione, bacini di ritenzione e zone umide costruite sono progettate per catturare il deflusso e permettere il sedimento. Nel tempo, questi bacini si riempiono di sedimenti, riducendo il loro volume di stoccaggio e diminuendo la loro efficienza di rimozione degli inquinanti.

Accelerazione Streambank e Canale Erosione

Mentre la sedimentazione si riferisce in genere alla deposizione, il processo è strettamente legato all'erosione. L'acqua di tempesta urbana, concentrata e rapida, spesso provoca il taglio e l'erosione bancaria a valle delle fuoriuscite. Questa erosione mobilita ancora più sedimenti, portando ad un ciclo vizioso. Il conseguente canale di instabilità mina ponti, culti, e infrastrutture adiacenti, creando rischi di sicurezza e richiedendo costosi progetti di stabilizzazione.

Burden sui bilanci di manutenzione

I comuni portano il brusco finanziario della sedimentazione. Le spazzate via, la pulizia del bacino e il lavaggio del tubo sono necessari ma spesso sottofinanziate attività. Secondo la American Society of Civil Engineers' Infrastructure Report Card, le infrastrutture di acqua piovana negli Stati Uniti ricevono un grado D, e la manutenzione differita è una ragione primaria. Investire nella gestione dei sedimenti proattivi può ridurre i costi a lungo termine impedendo i guasti di sistema e estendendo la vita degli asset, ma

Quadro normativo e standard

La separazione nelle acque urbane è regolata principalmente attraverso la Clean Water Act, implementata dalle agenzie EPA e dallo stato. Il sistema nazionale di eliminazione dei rifiuti inquinanti (NPDES) permette di programma regola gli scarichi dai comuni separati sistemi di fognatura (MS4) e siti di costruzione.

Oltre alle regole federali, molti stati hanno i propri standard di gestione delle acque di tempesta e controllo dell'erosione. Ad esempio, il rilascio dei comitati di controllo della qualità dell'acqua regionale della California permette ai siti di costruzione di implementare controlli di sedimenti rigorosi come la recinzione dei sedimenti, i bacini dei sedimenti e gli ingressi di costruzione stabilizzati.

Strategie per la separazione dei mitigate

La gestione efficace dei sedimenti richiede un approccio multistrato che combina il controllo delle sorgenti, la gestione del trasporto e il trattamento. Non è sufficiente una singola pratica; l'integrazione attraverso lo spartiacque urbano è fondamentale.

Controllo dell'erosione e del sedimento sui siti di costruzione

I siti di costruzione sono la più grande fonte di sedimenti in molte aree urbanizzanti.

  • Recinti di arresto:[] Le barriere in tessuto geotessile poste lungo i contorni per intercettare il flusso del foglio e filtrare i sedimenti.
  • Bacini e trappole di sedimentazione:[ Impeoundments temporanei che permettono l'installazione di particelle grossolane e sottili prima della scarica.
  • Ingressi di costruzione resiliati:[ Cuscinetti di velcro o rack di lavaggio per evitare che i veicoli tracciassero fango sulle strade.
  • Calde di controllo dell'erosione e stuoie:[ Coperte biodegradabili o sintetiche che proteggono le piste nude dall'impatto della goccia e dal deflusso.
  • Hydroseeding e pacciamatura:[ Rapida creazione di vegetazione temporanea per tenere il terreno in posizione.
  • Controllare le dighe e la protezione dell'uscita della roccia:[] Strutture che riducono la velocità di flusso nei canali e impediscono lo scouring.

La corretta manutenzione di questi controlli è critica; le ispezioni dovrebbero verificarsi dopo ogni evento di tempesta di 0,5 pollici o più. Programmi di formazione e certificazione per i professionisti del controllo dell'erosione, come il Certified Erosion and Sediment Control Specialist (CPESC), aiutano a garantire l'implementazione coerente.

Buffer vegetali e zone Ripariane

Istituire e preservare i tamponi vegetati lungo i corsi d'acqua, i canali di drenaggio e intorno agli stagni d'acqua di tempesta è un modo altamente efficace per intercettare i sedimenti. Le radici di erbe, arbusti e alberi stabilizzano il suolo, mentre la vegetazione sopra il terreno rallenta il runoff e intrappola le particelle. La larghezza del buffer necessaria per la rimozione efficace dei sedimenti dipende dal tipo di pendenza e suolo; la ricerca suggerisce che una larghezza minima di ripway di Oregon può ridurre i carichi di sedimenti di 30 piedi di dimensioni di 30 di 30 di 30 piedi di Oregon.

Infrastrutture verdi e sviluppo a basso impatto

L'infrastruttura verde (GI) pratica l'idrologia naturale mimica promuovendo l'infiltrazione, l'evapotraspirazione e il riutilizzo delle acque piovane. Riducendo il volume e la velocità del deflusso, GI minimizza la capacità di trasporto per i sedimenti.

  • I giardini e le cellule di bioretenzione:[ Depressioni superficiali piantate con vegetazione nativa che filtrano e infiltrano il deflusso. I sedimenti di trappole per strati di terreno e di triturazione e gli inquinanti associati.
  • Pavimenti personali:[ Pavers asfalto poroso, cemento o interbloccanti che permettono all'acqua di infiltrarsi attraverso la superficie, riducendo la generazione di decomposizione e sedimenti da aree pavimentate.
  • Green roofs:[] Sistemi di tetto Vegetati che conservano e rilasciano lentamente le precipitazioni, riducendo i flussi di picco e impedendo il lavaggio della polvere del tetto e detriti in grotti.
  • Ritiro di acqua:[] La cattura del deflusso dai tetti per l'irrigazione o altri usi non potabili riduce il volume d'acqua che può trasportare sedimenti dal sito.

L'EPA ha pubblicato una vasta guida sull'attuazione delle risorse GI, tra cui le risorse [[[] del Programma delle infrastrutture verdi[[[[]], che evidenziano gli studi di casi e i criteri di progettazione.

Street Sweeping e Catch Basin Manutenzione

La pulizia stradale rimuove lo sporco accumulato, le foglie e i detriti prima che possano essere lavati in scorie di tempesta. Le spazzatrici moderne aeronautiche e a vuoto sono più efficaci nella cattura di particelle sottili rispetto alle spazzatrici di scopa meccaniche più vecchie. La frequenza di spazzamento dovrebbe essere basata sull'uso di terra e sulla caduta di foglie stagionali; molte città programmano la spazzata mensile in aree residenziali e settimanali.

La pulizia del bacino di cattura è altrettanto importante. Il sedimento riempie tipicamente i sump del bacino di cattura entro uno o cinque anni, a seconda del carico e del design del bacino. I comuni che tracciano i programmi di pulizia e i volumi dei sedimenti possono ottimizzare i loro budget di manutenzione e prevedere le prestazioni del sistema. L'Associazione Nazionale delle Agenzie di Acqua Pulita (NACWA) fornisce risorse sulla gestione degli asset per i sistemi di acqua piovana, compresi i protocolli di rimozione dei sedimenti.

Basi di sedimentazione e pozzi

Per i grandi spartiacque o le zone ad alto carico, i bacini sedimentari e gli stagni d'acqua tempestati di scopo forniscono un trattamento primario. Queste strutture sono progettate per ridurre la velocità di flusso e permettere alle particelle di stabilirsi per gravità. Il design corretto include una piscina permanente (per i laghetti umidi) o un bacino asciutto con un orifizio a basso flusso.

Controllo dell'erosione nei canali di streaming

Dove l'erosione dei canali è un problema, le tecniche strutturali e bioingegneria possono stabilizzare le banche e ridurre la produzione dei sedimenti.

  • Riprap e gabions:[ Layers of rock o wire baskets that blind bank against high speed flows.
  • Vani e pianelle di curvatura:[ Strutture a monte che reindirizzano il flusso lontano da banche erosive.
  • Stabilizzazione bancaria:[] Utilizzando pali di salice, tronchi di coira e piantagioni nativi per rafforzare il suolo e assorbire l'energia di flusso.
  • Gradazione e riclassificazione del tronco:[ Piste di appiattimento per ridurre il potenziale di erosione e migliorare l'accesso per la manutenzione.

Il Servizio di Conservazione delle Risorse Naturali (NRCS) di USDA offre specifiche tecniche per queste pratiche nel proprio Manuale di Ingegneria Nazionale. I partenariati tra comuni, gruppi di spartiacque e consulenti ambientali possono aiutare a privilegiare i siti ad alta erosione per il restauro.

Gestione del monitoraggio e dell'adattabilità

Per garantire che i controlli dei sedimenti funzionino, i comuni e le entità regolamentate devono monitorare i risultati. Le metriche chiave includono concentrazioni totali dei solidi sospesi (TSS) nelle acque di tempesta, i tassi di accumulo dei sedimenti nei bacini e le ispezioni visive per l'erosione. I sensori automatizzati, come i contatori di turbolenza e i sondi di qualità dell'acqua continua, possono fornire dati in tempo reale per l'aggiornamento precoce.

Programmi di certificazione e auditing di terze parti, come il sistema di valutazione delle infrastrutture sostenibili Envision, incoraggiano i proprietari di progetti a monitorare gli impatti dei sedimenti e a dimostrare la conformità.

Conclusioni

La sedimentazione è un problema ambientale e ingegneristico multiforme che richiede un'attenzione costante sul paesaggio urbano. Dai cantieri ai parcheggi impervi, ogni metro quadrato esposto di terreno contribuisce al più grande carico di sedimenti che degrada la qualità dell'acqua, danneggia la vita acquatica, danneggia l'infrastruttura e impone costi economici significativi.

I comuni devono dare priorità al finanziamento delle acque di tempesta, aggiornare gli standard di progettazione e promuovere la collaborazione interdipartimentale.Gli sviluppatori e i costruttori devono adottare le pratiche di controllo dell'erosione come procedure operative standard piuttosto che post-pensierati.