I en tid då många kommuner strävar efter att kontrollera dagvatten i städerna genom att investera kraftigt i grön infrastruktur – som dammar av vattenkvalitet, infiltrationsbassänger, porös trottoar och planteringar vid strandkanten – en ny studie tyder på att dessa dyra ansträngningar kanske inte har någon större effekt.

Resultaten av forskningen är särskilt ögonöppnande eftersom intensiteten av regnstormar ökar, och hantering av dagvatten i städerna är viktigare än någonsin, noterade forskargruppsmedlemmen Jonathan Duncan, biträdande professor i hydrologi, College of Agricultural Sciences, Penn State.

"Ingen vill höra detta, men vi har en hög nivå av förtroende för vår data och experimentella design som minskade variationen över undervattendelar som vi studerade, " sa han. "Några andra studier har föreslagit detta, men de utfördes inte med de detaljerade hydrologidata i vattendelare som vi hade. Summan av kardemumman är att vi inte kunde upptäcka någon skillnad i flöden skapade av dagvattenhantering."

Forskningen var unik eftersom den utfördes i vattendelaren Dead Run i Marylands Baltimore County, "den mest intensivt mätta urbana vattendelaren i världen, " enligt Duncan.

Som ett resultat, forskarna kunde undersöka två decenniers ekologiska data relaterade till dagvattenflöden. "Det finns fem mätstationer inom en vattendelare på 6 kvadratkilometer - andra städer har tur om de har några - och det finns sex bara inom denna ena delvattendelare i Baltimore, " sa Duncan. "Så, det är tillåtet för en bättre mekanistisk förståelse av urban hydrologi."

För att nå sina slutsatser, forskarna analyserade det hydrologiska svaret – förändringen i avrinningsvolym och tidpunkt – i tre små, mycket ogenomträngliga urbana undervattendelar för att "pulsera" regnhändelser. Detta gjorde det möjligt för dem att bedöma hur traditionell dagvattenhantering förändrar stadshydrografer, som är diagram som visar flödet med avseende på tid.

Vattendelarna varierar i dagvattenhanteringstäckning från 3 % till 61 % och i ogenomträngliga ytor från 45 % till 67 %. Dessa vattenavvisande ytor inkluderar hustak, vägar, motorvägar och parkeringsplatser. För studien, forskarna valde ut en uppsättning stormhändelser som involverade en enda nederbördspuls, med mer än 96 % av den totala nederbörden levererad på 60 minuter.

Forskargruppen använde data för nederbördsgenomsnittet för vattendelare, genereras av lokala radarer, att peka ut lokala storm-"hyetografer" - grafiska representationer av fördelningen av nederbördsintensitet över tiden - för varje händelse i varje vattendelare. Den justeringen, Duncan påpekade, förbättrad jämförbarhet för vattendelare eftersom den kompenserade för den extrema variationen i nederbördsintensiteten för kortvariga stormhändelser.

I resultat som nyligen publicerats i Hydrologiska processer , forskarna rapporterade att trots dramatiska skillnader i andelen vattendelare som dräneras till dagvattenhanteringsfunktioner över de tre huvudvattenbifloder som studerats, de hittade inga starka bevis för att dagvattenhantering orsakade betydande minskning av volymen eller tidpunkten för toppstormflöden.

Hydrografsvaret för de tre vattendelaren var anmärkningsvärt enhetligt trots kontraster i dagvattenhantering, ogenomtränglig täckning och rumsliga mönster för markanvändning, skrev de i tidningen.

"Våra resultat bidrar med mer bevis till tidigare forskares arbete som tyder på att dagvattenhantering är mindre effektiv för att minska avrinning i städer än vad som vanligtvis antas, " sa Duncan. "I dessa vattendelar, vi tror att andelen ogenomträngliga ytor kan ha större inflytande på avrinningsvolymen än procentandelen av dagvattenhanteringens täckning."

Duncan förklarade att historiskt sett, samhällen har använt grå infrastruktur – system med förvaringsbassänger för att hålla tillbaka vatten såväl som hängrännor, rör och tunnlar – för att flytta dagvatten bort från där människor bor till reningsverk eller lokala vattendrag. Men den grå infrastrukturen i många kommuner över hela landet åldras, och dess kapacitet att hantera stora volymer dagvatten minskar.

För att möta denna utmaning, många samhällen installerar gröna infrastruktursystem för att stärka sin kapacitet att hantera dagvatten. Grön infrastruktur absorberar och filtrerar dagvatten där det faller. Även om det har funnits en trend mot grön infrastruktur de senaste åren, den utgör fortfarande en liten andel av den totala vattendelare som behandlats i Baltimore-studien, där de flesta dagvattenhanteringen är traditionella kvarhållningsdammar.

Kongressen antog Water Infrastructure Improvement Act 2019, som definierar grön infrastruktur som "omfånget av åtgärder som använder växt- eller marksystem, permeabla beläggningar eller andra permeabla ytor eller underlag, dagvatten skörd och återanvändning, eller landskapsarkitektur att lagra, infiltrera, eller evapotranspirera dagvatten och minska flöden till avloppssystem eller till ytvatten."

Grön infrastruktur har många fördelar, t.ex. kolbindning och minskning av den urbana värmeöeffekten, Duncan noterade. "I takt med att andelen grön infrastruktur ökar, ju tidigare vi förstår om det är mer effektivt för att hantera avrinning i vattendelare än traditionella dagvattenmetoder, desto bättre, " han sa.