Зеленая инфраструктура для управления более интенсивными ливневыми стоками в условиях изменения климата
Исследователи из Университета Мэриленда связали изменение климата с управлением ливневыми стоками в городских и пригородных районах, конечной целью является повышение устойчивости к сильным штормам. Поскольку модели предсказывают не только больше осадков, но и увеличение частоты особенно интенсивных и разрушительных штормов, наводнения становятся серьезной проблемой для сообществ с растущей застройкой и асфальтированием. Наводнения не только наносят материальный ущерб, но и влияют на здоровье Чесапикского залива из-за увеличения стока питательных веществ и загрязнения. В новом тематическом исследовании, опубликованном в Journal of Water Resources Planning and Management, ученые на примере двух разных водосборных бассейнов показали, что даже небольшие децентрализованные методы управления ливневыми стоками, такие как дождевые сады, могут в совокупности значительно повысить устойчивость водосбора. Для оценки будущих требований к системам управления стоками использовалось прогнозное моделирование.
«То, что мы проектируем сейчас, прослужит 20 или 30 лет, поэтому мы должны проектировать это с учетом будущих климатических условий, а не того, какими были осадки в прошлом», — объясняет Митчелл Павао-Цукерман, доцент кафедры наук об окружающей среде и технологий. «Эта работа делает акцент на том, что происходит в локальных возвышенных зонах, что имеет непосредственное значение для жителей этих водосборов с точки зрения смягчения последствий будущих наводнений, но также связывает это с более широкой проблемой влияния возросшего стока на здоровье Чесапикского залива».
В этом исследовании Павао-Цукерман и аспирантка Эмма Гизе практично оценили текущие методы управления ливневыми стоками в пригородных зонах и представили доказательства того, как и зачем внедрять зеленую инфраструктуру, основываясь на ее будущей эффективности. Ученые использовали данные Геологической службы США (USGS) по двум водосборам в Кларксберге, штат Мэриленд — растущем пригороде округа Монтгомери. Эти водосборы имеют разную историю застройки: в одном используются более традиционные крупномасштабные пруды-отстойники или бассейны для ливневых вод, а в другом преобладает мелкомасштабная зеленая инфраструктура, такая как дождевые сады, сухие отстойные пруды и песчаные фильтры. Оба водосбора контролировались до и после застройки, чтобы оценить влияние зеленой инфраструктуры.
«Зеленая инфраструктура имеет гораздо меньшую площадь, чем ливневый бассейн, но таких объектов в водосборе больше. Речь идет об измерении совокупного эффекта множества мелких объектов в одном водосборе по сравнению с одним или двумя крупными в другом», — говорит Павао-Цукерман.
Для моделирования будущих климатических сценариев исследователи использовали инструмент SWAT (Soil and Water Assessment Tool), учитывая географию водосборов, уклон, тип почвы, водонепроницаемые поверхности и другие параметры. Моделирование с использованием данных прогноза изменения климата показало, что водосбор с большим количеством зеленой инфраструктуры лучше справлялся с увеличением осадков, чем традиционный. Однако при более крупных или интенсивных дождях обе системы не справлялись.
«Мы наблюдаем больше сильных штормов, поэтому системы либо перегружаются, либо все еще насыщены к моменту следующего шторма. Именно при более крупных дождях мы видим, что системы работают хуже, и это вызывает беспокойство, поскольку мы знаем, что с изменением климата такие интенсивные события станут более частыми. Это указывает на необходимость планирования инфраструктуры с учетом этих экстремальных погодных явлений», — отмечает Павао-Цукерман.
Ученые установили, что повышение емкости существующих систем или увеличение доли зеленой инфраструктуры в водосборах делает их более устойчивыми к будущим экстремальным дождям. В сотрудничестве со специалистами они оценили практическую реализуемость таких мер. «Наша работа позволяет увидеть потенциальную дополнительную отдачу от инвестиций в различные климатические сценарии и сценарии управления ливневыми стоками. Это более конкретно, чем просто утверждение, что "больше зеленой инфраструктуры — лучше", которое может быть непрактичным и иметь компромисс по затратам и выгодам», — заключает Павао-Цукерман.