Våren och sommaren 2017 har varit bland de blötaste någonsin i östra Nordamerika, inklusive södra Ontario.

Nederbörden under våren slog rekord på platser som Toronto, där 44,6 millimeter regn föll på 24 timmar.

De obevekliga skyfallen fick dagvatteninfrastrukturen i Kanadas största stad att svämma över, leder till översvämningar av livliga gator i centrum.

Urbanisering i städer som Toronto har lett till en snabb förlust av permeabla ytor där vatten fritt kan rinna av. Tillsammans med den växande stadskärnan i Toronto, det innebär att de dagvatten- och avloppssystem som finns måste klara mer vatten än tidigare decennier.

Vidare, globala temperaturökningar har kopplats till ökningen av extrema väderhändelser över hela världen, en trend som kan förvärras om den globala uppvärmningen inte kommer under kontroll.

Städer som Toronto är dåligt utrustade för att hantera dessa oöverträffade mängder nederbörd på grund av deras otillräckliga och föråldrade dagvatteninfrastruktur.

Tjugotre procent av Torontos centrala avlopp är kombinerade, innebär att både stadens dagvatten och avloppsvatten flyter samman inom ett rör till ett vattenreningsverk. I perioder med kraftiga regn, mängden dagvatten i avloppet kan nå kapacitet och svämma över på Torontos gator och ut i dess sjöar och floder.

Det betyder att förhindra översvämningar i stadskärnan, avloppsvatten släpps ut – orenat – i vattendrag som tillåter simning och andra fritidssporter.

Med nederbördsmängder på uppgång globalt, det är en avgörande tidpunkt att undersöka hur städer som Toronto kan bygga om sin befintliga byggnadsinfrastruktur för att lindra översvämningsskador och hantera dagvatten på ett mer hållbart sätt.

Grön infrastrukturteknik, såsom genomsläppliga trottoarer, bioswales, cisterner och gröna tak, rekommenderas nu ofta för att möta extrema väderhändelser.

Gröna tak för dagvattenhantering

Gröna tak är ett alternativ för grön infrastruktur (GI) som kan appliceras på praktiskt taget alla tak med tanke på viktbelastning. Fördelarna med gröna tak sträcker sig långt utöver deras uppenbara estetiska dragningskraft.

En studie gjord av civilingenjören Jenny Hill vid University of Toronto och medforskare vid skolans Green Roof Innovation Testing Lab (GRIT Lab) visade att gröna tak har kapacitet att fånga i genomsnitt 70 procent av nederbörden under en given tid, avlasta underjordiska dagvattensystem och släppa ut regnvattnet tillbaka till atmosfären.

Studien undersökte fyra gröna takdesignvariabler som representerar de vanligaste industripraxiserna:Planteringstyp (suckulenter eller gräs och örtartade blommande växter), jordersättning (mineral, träkompost), planteringsdjup (10 centimeter eller 15 centimeter) och bevattningsschema (ingen, dagligen eller sensoraktiverad), och hur dessa fyra faktorer påverkade vattenfångningen.

Bevattningsschemat visade sig ha störst effekt, med retentionskapacitet som ökar från 50 procent med daglig bevattning till 70 procent med sensoraktiverad eller ingen bevattning. Med andra ord, tak som inte har vattnats, eller bara vattnas när jorden når en förutbestämd fuktighetsnivå, har större förmåga att ta upp dagvatten.

Vidare, studien beräknade en ny toppavrinningskoefficient – ​​ett konstant värde som används för att beräkna kapaciteten hos ett grönt tak att hålla vatten – för gröna tak att vara runt 0,1-0,15, en minskning på 85 till 90 procent jämfört med en ogenomtränglig yta.

Designers och ingenjörer använder rutinmässigt en siffra på 0,5 (50 procents minskning) för att bedöma prestanda för gröna tak. Denna diskrepans mellan branschpraxis och regionala evidensbaserade resultat visar på behovet av ytterligare forskning.

Den näst mest signifikanta variabeln för dagvattenretention var jordersättningen. Det mest använda gröna takplanteringsmaterialet är baserat på riktlinjer från den tyska landskapsforskningen, Utvecklings- och byggsällskapet (FLL).

FLL rekommenderade ett mineralaggregat eftersom det anses vara mer hållbart och härdigare än biologiska jordsubstitut. Men denna rekommendation har ifrågasatts av forskning idag.

Hill och hennes team jämförde mineralodlingsmaterialet med träkompost. Komposten överträffade mineralet med 10 procent (70 procent mot 60 procent kvarhållen nederbörd) i bäddar utan bevattning, och hade minimal kompression eller nedbrytning över tiden.

Ett annat nyckelfynd i Hills studie visade att när det redan är fuktigt, antingen från vattning eller regn, planteringsmaterialet hade störst inflytande på vattenretention. Komposten överträffade mineraljordsersättningen med så mycket som tre gånger när den var helt mättad (83 procent nederbörd kvarhållen mot 29 procent).

Kompostera en bättre jordersättning

Det betyder att komposten inte bara presterade bättre varje årstid, men det presterade mycket bättre under regnperioder och under rygg mot rygg stormar.

Planteringsdjup (10 centimeter mot 15 centimeter) och växtfamiljen (suckulenter kontra gräs och örtartade blommande växter) visades båda ha ringa inverkan på dagvattenretention jämfört med planteringsmaterialet och vattningsschemat.

Och så utan att kompromissa med dagvattenhanteringen, växturval kan uppfylla estetiska mål och miljömässiga riktmärken som biologisk mångfald och arters livsmiljö.

En av begränsningarna för gröna takkonstruktioner är viktbelastning, särskilt i byggnader som inte ursprungligen byggdes för att klara vikten av ett mättat grönt tak. Således, ett planteringsdjup på 10 centimeter i motsats till 15 skulle innebära att fler tak kan komma i fråga för eftermontering.

Ändå, även om en biologisk mångfald växtpalett inklusive gräs och örtartade växter skulle vara ett mer estetiskt och ekologiskt rikt grönt takalternativ, dessa växter kräver vattning för att överleva i städer som Toronto. Eftersom bevattning har en negativ effekt på dagvattenretention, gröna takdesigners kan överväga torka-resistenta suckulenta växter som sedum.

Dock, när örtartade växter planteras i kompost snarare än mineralplanteringsmaterial, minskningen av dagvattenretentionskapaciteten skulle kunna förhindras.

On-demand bevattning aktiverad av en jordfuktighetssensor kan balansera vattenhantering med vattentillgång för växttillväxt. Vidare, kompost väger betydligt mindre än mineralplanteringsmaterial, öppnar upp mer potential för ombyggnader.

Och så Hill och hennes teams forskning om fyra distinkta gröna takvariabler tillåter oss att förstå fördelarna och begränsningarna med var och en, och hur de kan kombineras.

Gröna tak:Optimal grön infrastruktur

Enligt vår åsikt som forskare vid GRIT Lab, gröna tak är den optimala gröna infrastrukturen i städerna på grund av deras multifunktionalitet:De kan monteras i efterhand på befintliga byggnader, de ger utrymme för biologisk mångfald för urbana djurliv och de kan berika offentliga utrymmen för stadsbor att njuta av. Dessutom, gröna tak kan göra tidigare ogästvänliga platser trevliga, och tillhandahålla nya utomhusutrymmen för kontorsanställda.

Dessa senaste fynd visar tydligt potentialen hos gröna tak. Men grundliga vetenskapliga studier på gröna tak, som de som genomfördes på GRIT Lab, är nödvändiga för att bestämma den bästa gröna taksammansättningen för optimal prestanda.

Till exempel, även om planteringstyp hade liten effekt på dagvattenretention, den örtartade blandningen av inhemska växter har visat sig vara mer attraktiv för inhemska bin och är utan tvekan mer attraktiv. Denna information är kritisk; även om suckulenter för närvarande är industristandard, Att endast plantera suckulenter på tak kan potentiellt ha en negativ inverkan på stadsekologin i olika regioner.

En ytterligare variabel att tänka på när man designar ett grönt tak är dess läge. GRIT Lab-forskaren Scott MacIvor och medforskare fann att bygghöjden spelar roll:Det finns mycket färre bikupor när gröna tak är för höga, och så att designa ett tak som syftar till att hjälpa bin högre än åtta våningar skulle vara meningslöst.

I takt med att stormhändelserna blir vanligare och allvarligare för kommuner, städer med åldrande dagvatteninfrastruktur som Toronto kämpar för att hitta sätt att lindra påverkan. Gröna tak kan vara en del av denna lösning, men alla gröna tak är inte skapade lika. Rätt forskning och kunskap är avgörande.

Denna artikel publicerades ursprungligen på The Conversation. Läs originalartikeln.