En skarv plaskar runt i Duke Stormwater Reclamation Pond medan Megan Fork, sitter i skuggan under skyddet i slutet av piren med kollegan Chelsea Clifford, tar en paus från att skriva sin doktorsexamen avhandling, "Dagvatten och organisk materia i Urban Stream Continuum." Gaffel berättar historier om dagvattenutredning, som ibland kan gå lite oseriöst.

"Mycket av mitt arbete innebär att jaga stormarna när de kommer, "säger Fork, vars tes kräver företag som att ta reda på vad som kommer ut ur människors rännor direkt efter det regnar. "Letar efter den första spolningen, som vi kallar det " - avrinningen från de första minuterna av ett regnskur, vatten som är fyllt med allt som har dämpat i fukt sedan det senaste regnet. Vilket betyder att hon har ett nätverk av människor förberedda, om hon låter dem veta att det regnar, att hoppa från deras soffor och skynda iväg för att ta behållare hon har placerat på gården av villiga husägare runt Durham för att fånga den första spolningen så att hon kan prova dem. Förlorad i den plötsliga krypteringen, ibland, är tydlighet i saker lika grundläggande som destination. Assistenter har ibland hamnat på fel gårdar, letar efter hinkar som inte finns där. Okända personer som stöter runt gården till de okunniga på natten, bär strålkastare i regnväder, kan orsaka larm. Polisen har till och med kallats.

Det är inte precis Tony Starks laboratorium från Iron Man, men vetenskapen går dit den behöver, och om du jagar den framväxande vetenskapen om dagvatten, det är en hink i någons bakgård i en midnattregn. Dagvatten, självklart, innehåller allt från den mildaste falldimman till de många centimeter som en orkan kan släppa på en dag. Den mjuka dimman brukar inte vara ett problem, men tänk på orkanen Matthew, som tappade mer än fyra tum regn på Durham County cirka 300 kvadratkilometer. Det gav Durham tillräckligt med regnvatten för att hålla Niagara Falls igång i nästan åtta timmar. Vattnets erosiva kraft ensam i Durhams raviner gör det värt att tänka på. Men överväg sedan vad det för med sig:motorolja och bromsdamm och avgjorda utsläppspartiklar från bilar; gödningsmedel och bekämpningsmedel från gräsmattor; plus husdjursavfall, skräp, och allt annat. Alla tar sig igenom våra gator, raviner, och rör in i våra floder i allt från sippret av den dimmiga morgonen till strömmen från orkanen. Och fram till de senaste åren, de flesta ingenjörer behandlade det som ett problem att bli av med, och de flesta forskare tänkte inte alls på det.

Det förändras. Forks forskning som undersöker organiskt material i urbana strömkontinuum, till exempel, betyder att ta reda på vad som händer, säga, bladen som hamnar i rännan. De sitter där, "gungar som te, "som Fork säger, med mikroorganismer som tuggar på dem och gör vattnet brunt med upplöst organiskt material, främst kol men även näringsämnen som kväve och fosfor, föroreningar till alla typer av stadsströmmar. "Alla slags biologiska processer kan hända med bakterier på dessa platser, "säger hon." Var och en av dessa platser tar eventuellt bort något eller lägger till något, så du får den kombinerade signalen när du kommer till strömmen, "där forskare traditionellt har börjat sina mätningar." Mycket av mitt arbete tar byggd infrastruktur och säger, 'Vad kan vi lära oss om vi tillämpar ekologiska metoder och konceptuella modeller?' Det tittar på det och säger, "Vad händer på det här stället?" "

Gaffel tar mätningar i människors rännor, stående midjedjup i fångbassänger på förortsgator. Uppbyggnaden av fuktiga löv i uppsamlingsbassängerna ger låga syreförhållanden, "så jag tror att vi kan få mycket riktigt cool biogeokemi där nere." Hon går dit dagvattnet först går, inte bara där det hamnar, retas ut vad som händer var.

Biträdande professor i ekosystemekologi och ekohydrologi Jim Heffernan, Forks avhandlingsrådgivare, godkänner. "Det är ett exempel på, väsentligen, [hur] vi är på den punkt där vi behöver göra grundläggande ekologi i städerna, "säger han. Hans labb, en av fyra som utgör Duke River Center, undersöker alla slags frågor som påverkar floder, inklusive "processer som genererar dagvatten i stadslandskapet och påverkar dess kemiska sammansättning, och vi studerar också konsekvenserna av det nedströms. "

Även om forskare traditionellt har rabatterat ekologin på platser som främre gräsmattor och rännor, de har under de senaste åren vaknat till den byggda miljön som ett ämne för studier - och inte bara för att se hur det skadar miljön. "Vi försöker inte bara förstå hur vi utformar städer för att orsaka mindre föroreningar, " han säger, "men vad är städernas ekologi? Bara förra året hade Ecological Society of America sitt hundraårsmöte, och stadsekologi var överallt. "Hans senaste publikationsbidrag inkluderar arbete med gräsmatta i städerna (arbete mot hållbarhet kommer att behöva ta olika slag eftersom alla har olika idéer om befruktning och bevattning) och om de värderingar stadsbor uppfattar att de får från ekosystemen som omger dem. (Människor i söder värderar gräsmattornas kylande effekter och estetik mer än de i norr, där människor gynnar gräsmattor som inte behöver mycket arbete.)

Oskärpa skillnaden mellan gräsmattor och fält, mellan rännor och floder är bara meningsfullt, han säger. "Det finns verkligen inte så mycket landskap längre som vi inte har någon kontroll över." Den antropocenen som vi alla har hört talas om, den tid då mänsklig aktivitet har varit det dominerande inflytandet på klimat och miljö? Det är överallt, och när regnet faller, regndroppar landar på en miljö som påverkas av människor. Regn är livets källa:det laddar vattendrag och fyller floder och sjöar, även om den också bär med sig allt den hittar på vägen. Dagvatten är vad vi dricker, så småningom, och vi måste förstå det. Och Heffernan och hans studenter är inte de enda personerna på Duke i ärendet.

"Det är inte riktigt dagvatten, "säger professor i resursekologi Curt Richardson, grundare och chef för Duke University Wetland Center i Nicholas School of the Environment. "Det är regnvatten. Anledningen till att vi kallar det dagvatten är för att ingenjörer tog tag i det och satte det i rör." Dagvatten får det att låta som avloppsvatten, som kommer ut ur avloppet i ditt hus och behöver ett reningsverk innan det säkert kan komma ut i miljön. Storm ... fel, regnvatten kommer från himlen och är i miljön när vi hinner med det. "Du behöver inte behandla dagvatten som du behandlar avloppsvatten, "Säger Richardson.

Men du behöver tänka på det. För det första, dagvatten tillför floder allt det som finns på vägen:kemiska föroreningar som gödningsmedel och ogräsdödare och svampdödande medel som människor sätter på dessa gräsmattor, till exempel. Och mycket mer:bromsdamm och husdjursavfall och luftföroreningar som har fastnat på marken, nanopartiklar som kommer in i miljön från fordonsavgaser, och kasserade godisförpackningar och Bud Light -burkar som slutligen tvättas med regnet. Alla dessa sopor i haven? De flesta av dessa plaster dumpades inte av ondskare från fartyg och oljeplattformar; de tvättade precis in i haven från våra gårdar och gator.

Så när Richardson säger att du inte behöver behandla dagvatten (vi kommer att fortsätta kalla det dagvatten eftersom nästan alla utom Richardson gör det), han har rätt, men han vet bättre än någon annan att du verkligen måste, som han har. Han skapade SWAMP - Stream &Wetland Assessment Management Park, en fjorton hektar stor restaurering av Sandy Creek-vattendelen som dränerar Duke's West Campus och 1, 200 omgivande tunnland. Femfas SWAMP-projektet startade 2004 och slutfördes 2012 och följde Richardsons arbete i våtmarker i Kina och Florida Everglades.

SWAMP fungerar nu som ett slags utomhuslaboratorium, arrangerar dussintals forskningsprojekt varje år. Varje nummer av "Wetland Wire, "ett nyhetsbrev som släpps ut ett par gånger om året av Wetlands Center, innehåller en lista över artiklar publicerade av centerforskare och dotterbolag, varav många fokuserar på SWAMP-baserad forskning. År 2015, till exempel, Richardson och medarbetare publicerade ett stycke om hur livsmiljöskillnaderna mellan återställda och orestaurerade vattendrag påverkade sköldpaddpopulationerna (sköldpaddorna verkar gilla de restaurerade) och källan till kvicksilverföroreningar i SWAMP (troligen läckage från svampdödande medel som en gång sprutats på uppströms friidrott). .

Richardson uppskattar mellan 500 och 800 Duke -studenter, grundutbildning och examen, gör något slags arbete i SWAMP varje år, och de är inte bara från vetenskapslaboratorier; Engelska och konstklasser använder SWAMP samt ekologi och biologikurser. Busslaster av Durham -skolbarn besöker SWAMP varje år, för.

Vad mer, det fungerar. Enligt forskning har Richardson publicerat, SWAMP minskar kvävebelastningen i Sandy Creek med 64 procent och total fosfor med 28 procent. Istället för att snabbt röra sig i vattnet snider vi djupare och djupare skyttegravar för bäcken och bär silt in i problematiska Jordan Lake, SWAMP stöder tvärtom:Det tillåter 488 ton sediment varje år att bosätta sig, snarare än att flöda in i Jordan Lake. Cirka 113 arter, tredubblats från tidigare, nu frekvent SWAMP, inklusive American Bittern, som Richardson inte är säker på att någonsin besökt bäcken innan den städades. Makro -ryggradslösa djur - fluglarver, trollsländor, och liknande - har tredubblats, för, och du kan hitta tio fiskarter i Sandy nu, dubbelt så mycket som bäcken stödde 2004.

"Vattenkvalitet, biologisk mångfald, utbildning, forskning, "säger han." Vi får mycket nytta av det. "

När Megan Fork diskuterar sitt arbete som en jakt på dagvatten, hon sitter på en pir över Duke Reclamation Pond, en fem tunnland storvattendamm på en 12,5 tunnland stor tomt som, som SWAMP, har gynnat studenter, forskare, bäcken, och samhället. Dammen fungerar ungefär som SWAMP:Den saktar ner vattnet för att ge tid för sedimentering och naturliga processer.

Men dammen har sin början som inget annat än ett dyrt problem. 2007-08, en extrem torka sänkte reservoarer och satte Duke i situationen där den var tvungen att titta ner på vägen för möjligheten att begränsa sin kapacitet att kyla sina byggnader. Duke kyler sina byggnader med kylaggregat, som liknar enorma luftkonditioneringar som kyler vatten och kör det genom rör till byggnader över hela campus. Att använda en krympande butik med dricksvatten för luftkonditionering skulle inte fungera på lång sikt, säger James Caldwell, assisterande direktör för vattenresurser och infrastruktur vid John R. McAdams Company, ingenjörsföretaget som gör stora dagvattenstudier för universitetet. "Det var ursprungligen tänkt att tillhandahålla avverkat dagvatten som en upprättningsförmåga, "Säger Caldwell. Det vill säga, dämning av bäckens biflod som tömde 22 procent av West Campus skulle skapa en damm som kunde förse Duke's chiller -anläggning nummer 2, som, använder 200 miljoner liter vatten per år, är den största användaren av vatten i Durham. Det var bara vettigt.

"Då insåg vi att vi kan använda det för toppflödesretention och avlägsnande av näringsämnen." Det är, Duke har skyldigheter att hantera sitt dagvatten för varje nytt projekt det skapar. När det gäller dammen, bromsa flödet och möjliggöra avlägsnande av näringsämnen tillåter Duke att "banka" näringsavlägsnande för andra projekt, spara kostnader för att utveckla dagvattenhanteringsanläggningar för framtida utveckling samt tillhandahålla en källa till gratis vatten. Lägg till i dammen som ett nytt tillfälle för forskning och rekreation, med ett spår runt det och platser att sitta som piren, och du börjar se dagvatten som en möjlighet, inga problem.

På nytt, det är inte traditionen när det gäller dagvatten, som visas av några äldre delar av Duke's campus. Edens Quad, en grupp sovsalar på West Campus byggda i en översvämningsslätt 1966, rymde den lilla bifloden ovanpå som de är byggda genom att helt enkelt bekläda bäckens bana med Duke -sten. Dagvatten, full av föroreningar, skulle tävla genom kanalen på väg till Jordan Lake, men det var åtminstone borta. Ibland kallad Duke's version av L.A. -floden, den härdade bäcken kan inte göra vad bäcken gör när den passerar genom TRÄMEN - sväller med regnvatten, sprider vatten för att bosätta sig längs dess översvämningsplan, saktar ner det, uppmuntrar absorption.

Ta en titt på den härdade bäcken nu och du ser att naturen har trängt tillbaka; skalliga cypresser har satt rötter bredvid bäcken, cypressknän som skjuter upp genom sten och jord i kanalen. Knäna hakar förbi löv, granbarr, och skräp, ibland även grenar; som skapar små dammar och i slutändan pooler. Liten fiskpil i vattnet nära där kanalen passerar direkt under byggnaderna. Stenbotten tillåter inte att vatten tränger in i jorden, och nästa stora regn kommer att tvätta alla föroreningar nedströms:ingen näringsupptagning av växter, ingen siltretention, ingen laddning av grundvattnet. Men det är lärorikt att se hur hårt naturen arbetar för att göra denna härdade kanal till något användbart, något som den känner igen som en ström.

Att utforska platser där naturen försöker göra nyttigt arbete på egen hand är Chelsea Clifford, en annan av Jim Heffernans doktorander. Om Forks intresse för rännor tycktes sträcka vetenskapens gränser, vad ska jag göra med Cliffords fokus på det quotidiska vägdiken? "Jag försöker ta reda på under vilka förhållanden diken kan fungera som naturliga ekosystem, som våtmarker eller vattendrag, "säger hon. Hon provar vad hon hittar i vägdiken på motorvägen, jordbruks, och skogsområden. "De är inte lika bra som naturliga våtmarker, " hon säger, "men de är ett verkligt ekosystem."

Gå längs en landsväg och du ser vanligtvis, där vatten lägger sig nära rören som löper under uppfartar, soliga små sumpiga ekosystem som växer upp runt dagvatten. Eftersom vägdiken grävs, Clifford säger, de "hålls i denna tidiga succession, trädlös fas. "Hon ser gräs som kvastslam och nålrod, som är tidiga dike gentrifier. När gräset är där, diken stöder grodor, makro -ryggradslösa djur, och till och med reptiler. Och med tanke på artens komplexa samspel, de gör ekosystemarbete, för.

Kommer ur rännor, Gaffel säger, dagvatten har koncentrationer av upplöst organiskt material som hon beskriver med hjälp av den vetenskapliga termen "galna bananer" - fem eller sex gånger nivåerna som finns i flodernas svarta vattenfloder, som är som guldstandarden för höga halter av upplöst organiskt material. En kollega till Cliffords undersökning av denitrifikation i diken fann att diken tog bort stora mängder kväve och fosfor. "Så i diken och andra platser där det finns ett organiskt substrat, "Clifford säger, "det finns en verklig minskning av föroreningar."

Naturen tar vår byggda miljö och manipulerar den för sina egna ändamål. Will Wilson, docent i biologi, vars ursprungliga forskning fokuserade på matematisk evolutionär ekologi, har de senaste åren riktat sin uppmärksamhet mot dagvatten och den byggda miljön, utveckla en kurs kring hans Constructed Climates:A Primer on Urban Environments och just i år publicerar Stormwater:A Resource for Scientists, Ingenjörer, och policymakare. Precis som Richardson, han förnekar perspektivet på dagvatten som något du måste lägga i rör eller dammar. Han föredrar att ta itu med dagvatten från dess många källor, innan det blir vattendrag med volym som är tillräckligt stor för att kräva rör. Grönbyggnadsteknik-gröna tak, regnfat, cisterner - hjälper. "Varje tunnland mark måste säga, "Jag tänker inte exportera extra regnvatten." Men städer är precis motsatsen till det. "

Han noterar att även den bäst konstruerade våtmarken kommer att bli överväldigad av mer än en tum eller så regn. Orkanen Matthew hade just passerat, tappar mer än fyra centimeter regn på Durham. Wilson ryckte på axlarna. "Det är nederbörd. Du måste göra det vid källan. För så fort du samlar vatten, du har ett problem."

Wilson ser dagvatten som en allt-av-ovanstående situation. Gröna tak för att fånga det, regnfat för att lagra det, våtmarker för att sakta ner det, men dagvattenrör och cisterner och kvarhållningsdammar för när det är för mycket av det. Och då, bakom det, kommer en armé av studenter och forskare som är redo att analysera det. Ibland arbetar vi med naturen, med företag som SWAMP eller den nya dammen. Ibland arbetar nästan mot naturen, på platser som rännor och vägdiken och till och med härdade, stensidig kanal i bäcken under Edens Quad.

"Vi tror att eftersom vi byggde dem att de bara finns där för utilitaristiska ändamål, "Gaffel säger, talar inte bara om hennes rännor och Cliffords diken utan om SWAMP och dammen och alla typer av byggda miljöer.

"Men det är mycket som händer."