Непроницаемая поверхность - Impervious surface - Wikipedia

Автостоянки очень непроницаемы.

Непроницаемые поверхности в основном искусственные сооружения, такие как тротуары (дороги, тротуары, подъездные пути и автостоянки, а также промышленные районы, такие как аэропорты, порты и логистика и распределительные центры, все они используют значительные площади с твердым покрытием), которые покрыты защита от воды материалы, такие как асфальт, конкретный, кирпич, камень -и крыши. Почвы уплотнены городскими разработка также очень непроницаемы.

Экологические последствия

Непроницаемые поверхности - это относящийся к окружающей среде беспокойство, потому что с их строительством запускается цепочка событий, которая изменяет городские воздушные и водные ресурсы:

  • Материалы дорожного покрытия герметизируют почва поверхность, устраняя дождевую воду проникновение и естественный подпитка подземных вод. Из недавней статьи в Сиэтл Таймс: «Хотя городские районы покрывают лишь 3 процента территории США, по оценкам, их сток является основным источником загрязнения 13 процентов рек, 18 процентов озер и 32 процентов эстуариев».[1]
Некоторые из этих загрязнителей включают избыток питательных веществ из удобрения; патогены отходы домашних животных; бензин, моторное масло, и тяжелые металлы от транспортных средств; высоко осадок нагрузки от эрозии русла ручья и строительство сайты и напрасно тратить такие как окурки, держатели для 6 пачек и пластиковые пакеты, переносимые волнами ливневая вода. В некоторых городах паводковые воды попадают в комбинированная канализация, заставляя их переполняться, смывая неочищенные сточные воды в ручьи. Загрязненный сток может иметь множество негативных последствий для рыб, животных, растений и людей.
  • Накапливаются непроницаемые поверхности солнечное тепло в их плотной массе. Когда тепло выделяется, оно повышает температуру воздуха, производя городские "острова тепла", и увеличение потребления энергии в зданиях. Теплый сток с непроницаемых поверхностей уменьшает растворенные кислород в ручье, затрудняя жизнь в водные экосистемы.
  • Непромокаемые тротуары лишают корни деревьев вентиляции, устраняя «городской лес» и тень навеса, которые в противном случае могли бы смягчить городской климат. Поскольку водонепроницаемые поверхности вытесняют живую растительность, они сокращают экологический продуктивность, и прервать круговорот углерода в атмосфере.
Самый городской крыши полностью непроницаемы.

Общее покрытие непроницаемыми поверхностями на территории, например в муниципалитете или водораздел обычно выражается в процентах от общей площади земли. Охват увеличивается с ростом урбанизация. В сельской местности непроницаемое покрытие может составлять всего один-два процента. В жилых районах покрытие увеличивается примерно с 10 процентов в районах с низкой плотностью населения. подразделения до более чем 50 процентов в многосемейных сообществах. В промышленных и коммерческих областях охват превышает 70 процентов. В региональном торговые центры и густонаселенных городских районах - более 90 процентов. В 48 смежных штатах США городское непроницаемое покрытие составляет в сумме 43 000 квадратных миль (110 000 км²) - площадь, почти равную площади штата США. Огайо. Постоянное развитие добавляет еще четверть миллиона акров (1000 км²) каждый год. Обычно две трети покрытия составляют тротуары, а одна треть - крыши.[2]

Снижение воздействия на окружающую среду

Покрытие непроницаемой поверхности можно ограничить, ограничив землепользование плотность (например, количество домов на акр в подразделении), но этот подход приводит к развитию земли в другом месте (за пределами подразделения) для размещения растущего населения. (Видеть разрастание городов.) В качестве альтернативы, городские сооружения можно строить иначе, чтобы они функционировали как естественно проницаемые почвы; примеры таких альтернативных структур: пористые покрытия, зеленые крыши и инфильтрационные бассейны.

Дождевая вода с непроницаемых поверхностей может собираться в резервуары для дождевой воды и используется вместо основной воды. На острове Каталина, расположенном к западу от порта Лонг-Бич, были приложены значительные усилия для сбора осадков, чтобы минимизировать расходы на транспортировку с материка.

Частично в ответ на недавнюю критику со стороны муниципалитеты, ряд производителей бетона, таких как CEMEX и Quikrete, начали производить проницаемые материалы, которые частично смягчают воздействие обычного непроницаемого бетона на окружающую среду. Эти новые материалы состоят из различных комбинаций природных твердые вещества в том числе от мелкого до крупного горные породы и минералы, органическая материя (включая живые организмы ), лед, выветренная порода и осаждает, жидкости в первую очередь воды решения, и газы.[3]

Дальнейшая информация: Разработка с низким уровнем воздействия (Канада / США) и Проницаемое покрытие

Процент непроницаемости

Процент непроницаемой поверхности в разных городах

Процентная непроницаемость, обычно называемая в расчетах PIMP, является важным фактором при рассмотрении дренажа воды. Он рассчитывается путем измерения процента площади водосбора, состоящей из непроницаемых поверхностей, таких как дороги, крыши и другие поверхности с твердым покрытием. Оценка PIMP дается как PIMP = 6,4J ^ 0,5, где J - количество жилищ на гектар (Батлер и Дэвис, 2000). Например, для лесных угодий значение PIMP составляет 10%, в то время как в плотных коммерческих районах значение PIMP равно 100%. Эта переменная используется в Справочник по оценке наводнений.

График покрытия непроницаемой поверхности в США.[4][5]

Гомер и другие (2007) указывают, что около 76 процентов территории Соединенных Штатов классифицируются как имеющие менее 1 процента непроницаемого покрытия, 11 процентов - с непроницаемым покрытием от 1 до 10 процентов, 4 процента - с оцененным непроницаемым покрытием от 11 до 20 процентов. , 4,4 процента с расчетным непроницаемым покрытием от 21 до 40 процентов и около 4,4 процента с расчетным непроницаемым покрытием более 40 процентов.[4][5]

Общая непроницаемая зона

Общая непроницаемая площадь (TIA), обычно называемая в расчетах непроницаемым покрытием (IC), может быть выражена в виде дроби (от нуля до единицы) или процента. Существует множество методов оценки TIA, включая использование Национального набора данных о земном покрове (NLCD).[6] с Географическая информационная система, категории землепользования с категориальными оценками TIA, обобщенный процент освоенной площади и отношения между плотностью населения и TIA.[5]

Набор данных о непроницаемой поверхности NLCD в США может предоставить высококачественный, согласованный на национальном уровне набор данных о земном покрове в формате, готовом к ГИС, который можно использовать для оценки значения TIA.[5] NLCD последовательно определяет процент антропогенного TIA для NLCD с разрешением пикселей 30 метров (900 м2) по всей стране. В наборе данных каждый пиксель количественно определяется как имеющий значение TIA в диапазоне от 0 до 100 процентов. Оценки TIA, сделанные с помощью набора данных о непроницаемой поверхности NLCD, представляют собой агрегированное значение TIA для каждого пикселя, а не значение TIA для отдельной непроницаемой поверхности. Например, двухполосная дорога на травянистом поле имеет значение TIA, равное 100 процентам, но пиксель, содержащий дорогу, будет иметь значение TIA, равное 26 процентам. Если дорога (одинаково) пересекает границу двух пикселей, каждый пиксель будет иметь значение TIA 13 процентов. Анализ качества данных набора данных NLCD 2001 с вручную разделенными областями выборки TIA показывает, что средняя ошибка прогнозируемого по сравнению с фактическим TIA может варьироваться от 8,8 до 11,4 процента.[4]

Оценки TIA по землепользованию производятся путем определения категорий землепользования для больших участков земли, суммирования общей площади каждой категории и умножения каждой площади на характерный коэффициент TIA.[5] Категории землепользования обычно используются для оценки TIA, потому что области с общим землепользованием могут быть идентифицированы на основе полевых исследований, карт, информации о планировании и зонировании, а также удаленных изображений. Обычно используются методы коэффициентов землепользования, потому что карты планирования и зонирования, идентифицирующие аналогичные территории, все чаще доступны в форматах ГИС. Кроме того, методы землепользования выбираются для оценки потенциального воздействия будущего развития на TIA с картами планирования, которые количественно определяют прогнозируемые изменения в землепользовании.[7] Существуют существенные различия в фактических и расчетных оценках TIA из различных исследований в литературе. Такие термины, как низкая плотность и высокая плотность, могут отличаться в разных областях.[8] Плотность жилья в половину акра на дом может быть классифицирована как высокая плотность в сельской местности, средняя плотность в пригородной зоне и низкая плотность в городской зоне. Гранато (2010)[5] предоставляет таблицу со значениями TIA для различных категорий землепользования на основе 30 исследований в литературе.

Процент развитой площади (PDA) обычно используется для оценки TIA вручную с помощью карт.[5] Консорциум Multi-Resolution Land Characteristics Consortium (MRLCC) определяет развитую территорию как покрытую не менее 30% строительных материалов.[9]). Саутард (1986)[10] Определили неосвоенные территории как естественные, сельскохозяйственные или рассредоточенные жилые застройки. Он разработал уравнение регрессии для прогнозирования TIA с использованием процента развитой площади (таблица 6-1). Он разработал свое уравнение, используя логарифмическую степенную функцию с данными из 23 бассейнов в штате Миссури. Он отметил, что этот метод был выгоден, поскольку большие бассейны можно было быстро очертить, а TIA оценить вручную по имеющимся картам. Гранато (2010)[5] разработал уравнение регрессии, используя данные из 262 речных бассейнов в 10 городских районах на границе Соединенных Штатов с площадью водосбора от 0,35 до 216 квадратных миль и значениями PDA от 0,16 до 99,06 процента.

TIA также оценивается на основе данных о плотности населения путем оценки населения в интересующей области и с использованием уравнений регрессии для вычисления соответствующего TIA.[5] Данные о плотности населения используются потому, что согласованные на национальном уровне данные по блокам переписи доступны в форматах ГИС для всех Соединенных Штатов. Методы плотности населения также могут использоваться для прогнозирования потенциальных последствий будущего развития. Хотя могут быть существенные различия в отношениях между плотностью населения и TIA, точность таких оценок имеет тенденцию улучшаться с увеличением площади водосбора, поскольку местные вариации усредняются.[11] Гранато (2010)[5] предоставляет таблицу с 8 соотношениями плотности населения из литературы и новое уравнение, разработанное с использованием данных из 6,255 бассейнов рек в наборе данных USGS GAGESII.[12] Гранато (2010)[5] также предоставляет четыре уравнения для оценки TIA по плотности застройки, которая связана с плотностью населения.

Естественная непроницаемая зона

Естественные непроницаемые зоны определяются здесь как земельный покров которые могут внести значительный вклад в штормовой поток во время маленьких и больших штормов, но обычно классифицируются как проницаемые области.[5] Эти области обычно не считаются важным источником ливневых потоков на большинстве автомагистралей и городской сток - исследования качества, но может вызвать значительный ливневый поток. Эти естественные непроницаемые зоны могут включать открытую воду, водно-болотные угодья, выходы горных пород, бесплодный грунт (естественные почвы с низкой водонепроницаемостью) и участки уплотненные почвы. Естественные водонепроницаемые районы, в зависимости от их природы и предшествующих условий, могут вызывать ливневые потоки из-за инфильтрации избыточного наземного стока, насыщения наземного стока или прямых осадков. Ожидается, что влияние естественных водонепроницаемых территорий на образование стока будет более значительным в районах с низким TIA чем высокоразвитые районы.

В NLCD[13] предоставляет статистические данные о земном покрове, которые можно использовать в качестве качественной меры распространенности различных земельных покровов, которые могут выступать в качестве естественных водонепроницаемых территорий. Открытая вода может действовать как естественная непроницаемая зона, если прямые осадки проходят через сеть каналов и прибывают в виде ливневого потока на интересующее место. Водно-болотные угодья могут действовать как естественная непроницаемая территория во время штормов, когда сброс грунтовых вод и насыщение наземного стока составляют значительную часть ливневого стока. Бесплодная земля в прибрежных зонах может действовать как естественная непроницаемая зона во время штормов, потому что эти районы являются источником инфильтрации избыточных наземных потоков. На первый взгляд проницаемые районы, которые были затронуты деятельностью по развитию, могут действовать как непроницаемые зоны и создавать избыточные инфильтрационные наземные потоки. Эти ливневые потоки могут возникать даже во время штормов, которые не соответствуют критериям объема или интенсивности осадков для образования стока, основанного на номинальной скорости инфильтрации.

Развитые проницаемые участки могут вести себя как непроницаемые участки, потому что разработка а последующее использование способствует уплотнению почвы и снижению скорости инфильтрации. Например, Фелтон и Лулл (1963)[14] измерили скорость инфильтрации лесных почв и газонов, чтобы указать на возможное снижение инфильтрации на 80 процентов в результате мероприятий по развитию. Точно так же Тейлор (1982)[15] сделал инфильтрометр испытания на участках до и после дачной застройки и отметили, что верхний слой почвы изменение и уплотнение в результате строительных работ снизило степень инфильтрации более чем на 77 процентов.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Каппиелло, Дина. «Отчет: Агентство по охране окружающей среды не может остановить разливание стока». Сиэтл Таймс, 16 октября 2008 г.
  2. ^ Шулер, Томас Р. «Важность непроницаемости». В архиве 2009-02-27 на Wayback Machine Перепечатано в Практика охраны водоразделов. В архиве 2008-12-23 на Wayback Machine 2000. Центр охраны водоразделов. Элликотт Сити, Мэриленд.
  3. ^ Розенберг, Картер, 2006 г., Противопроницаемые поверхности: экологическое влияние альтернативных бетонов, Трой, штат Нью-Йорк: Luminopf Press.
  4. ^ а б c Гомер, К., Девиц, Дж., Фрай, Дж., Коан, М., Хоссейн, Н., Ларсон, К., Херольд, Н., МакКерроу, А., ВанДриэль, Дж., И Уикхэм, Дж., 2007 г., завершение создания Национальной базы данных по земному покрову на территории Соединенных Штатов в 2001 г.: Фотограмметрическая инженерия и дистанционное зондирование, т. 73, вып. 4, стр. 337-341.
  5. ^ а б c d е ж грамм час я j k л Гранато, Г.Э., 2010, Обзор методов, используемых для оценки водонепроницаемости водосборного бассейна Приложение 6 в Методы разработки оценок штормового потока на уровне планирования на неконтролируемых участках в приграничных Соединенных Штатах: Федеральное управление шоссейных дорог, FHWA-HEP-09-005 "Доступно онлайн." В архиве 2015-09-06 на Wayback Machine
  6. ^ Национальный набор данных о земном покрове (NLCD)
  7. ^ Каппиелла К. и Браун К., 2001, Землепользование и непроницаемое покрытие в регионе Чесапикского залива: методы защиты водоразделов, т. 3, № 2, с. 4, стр. 835-840.
  8. ^ Hitt, K.J., 1994, Уточнение данных о землепользовании 1970-х годов с данными о населении 1990 года, чтобы указать на новую жилую застройку: Отчет о исследованиях водных ресурсов Геологической службы США 94-4250, 15 стр.
  9. ^ Агентство по охране окружающей среды США, 2009 г., Национальные схемы классификации данных о земном покрове (NLCD) "Доступно онлайн"
  10. ^ Саутард Р.Э., 1986, Альтернативная характеристика бассейна для использования при оценке непроницаемой территории в городских бассейнах штата Миссури: Отчет о исследованиях водных ресурсов Геологической службы США 86-4362, 21 стр.
  11. ^ Район канализации и дренажа Большого Ванкувера, 1999 г., Оценка текущего и будущего состояния водосборного бассейна и водосбора области GVS & DD - Бернаби, Ванкувер, Британская Колумбия, Канада, Район канализации и дренажа Большого Ванкувера, 53 стр. доступны на: "Доступно онлайн"
  12. ^ Фальконе, Джеймс, Стюарт, Дж., Собещик, С., Дюпри, Дж., МакМахон, Дж., И Бьюэлл, Г., 2007, Сравнение природных и городских характеристик и развитие индексов городской интенсивности в шести географических регионах : Отчет о научных исследованиях Геологической службы США 2007-5123, 43 стр.
  13. ^ Геологическая служба США, 2007 г., База данных статистики земельного покрова NLCD Института земельного покрова USGS - Просмотр базы данных статистики земельного покрова NLCD "Доступно онлайн"
  14. ^ Фелтон П.М., Лулл Х.В., 1963 г., Пригородная гидрология может улучшить условия водосбора: Журнал общественных работ, т. 94, стр. 93-94.
  15. ^ Тейлор, С. 1982, Влияние сезонных колебаний на ливневой сток в зонах малых водоразделов (Онтарио): Nordic Hydrology, v. 13, no. 3, стр. 165-182.

Библиография

  • Батлер Д. и Дэвис Дж. У., 2000, Городская канализация, Лондон: Spon.
  • Фергюсон, Брюс К., 2005, Пористые тротуары, Бока-Ратон: CRC Press.
  • Фрейзер, Лэнс, 2005 г., Мощение рая: опасность непроницаемых поверхностей, перспективы здоровья окружающей среды, Vol. 113, № 7, стр. A457-A462.
  • Агентство по охране окружающей среды США. Вашингтон, округ Колумбия. "После шторма." Документ № EPA 833-B-03-002. Январь 2003 г.

Эта статья включает всеобщее достояние материалы с веб-сайтов или документов Геологическая служба США и Федеральное управление автомобильных дорог.

внешняя ссылка