Stormwatermanagement throughSustainableUrban ... · Stormwatermanagement throughSustainableUrban...

35
Stormwater management through Sustainable Urban Drainage Systems: a study in the clima8c context of the Vene8an Plain Bortolini L . 1 , Zanin G. 2 , D’Agos6no V. 1 , Be9ella F. 1 , Borin M. 2 1 Dept. TESAF – 2 Dept. DAFNAE Environment, Sustainable Agriculture and Forest Management Padova 2529 th September 2016

Transcript of Stormwatermanagement throughSustainableUrban ... · Stormwatermanagement throughSustainableUrban...

Stormwater  management  through  Sustainable  Urban  Drainage  Systems:  a  study  in  the  clima8c  context  of  the  

Vene8an  Plain  

Bortolini  L.1,  Zanin  G.2,  D’Agos6no  V.1,  Be9ella  F.1,  Borin  M.2      

1Dept.  TESAF  –  2Dept.  DAFNAE  

Environment,  Sustainable  Agriculture  and  Forest  Management                      Padova  25-­‐29th  September  2016  

2  

Stormwater  management  systems  that  mimic  natural  drainage  processes  to  reduce  the  effect  of  urbaniza6on  on  the  quality  and  quan6ty  of  stormwater  runoff  

BENEFIT   WHAT  IT  COVERS  

Flood  risk  mangement   Impact  on  people  and  property  

Water  quality  management   Surface  water  quality  improvements  to  aesthe6cs,  health,  biodiversity,  etc  

Groundwater  recharge   Improved  water  availability  or  quality  

Pumping  wastewater   Reduced  flow  of  wastewater  to  treatment  works  

Rainwater  harves6ng   Reduced  flows  in  sewers,  pollu6on  or  dependence  on  potable  water  

Trea6ng  wastewater   Reduced  volume  of  wastewater  to  treat  from  combined  drainage  systems  

Climate  change  adapta6on   Improved  ability  to  make  incremental  changes  and  adapt  infrastructure  (no  regrets)  

SUDS  

3  

SUDS  can  also  deliver  addi8onal  benefits  

BENEFIT   WHAT  IT  COVERS  

Biodiversity  and  ecology   Sites  of  ecological  value  

Amenity   A9rac6veness  and  desirability  of  an  area  

Health  and  wellbeing   Physical,  emo6onal,  mental  health  benefits  from  recrea6on  and  aesthe6cs  

Air  quality   Impact  on  health  from  air  pollu6on  control  

Carbon  reduc6on  and  sequestra6on   Opera6onal  and  embodied  carbon  reduc6on  together  with  sequestra6on  

Economic  growth   Business,  jobs  and  produc6vity  

Tourism   A9rac6veness  of  touris6c  sites  

Educa6on   Enhanced  educa6onal  opportuni6es  

URBAN  SPRAWL  IN  THE  VENETO  REGION  

 1983  –  2006  

 ~350  km2    

(1.8%  of  total  surface)      

SUDS  solu6ons  

5  

Two  Research  projects  funded  by  University  of  Padova  

1.   Green  structures  for  runoff  control  in  urban  environments  

2.   In  situ  sustainable  management  of  stormwater  runoff  by  mean  of  green  roofs:  evalua;on  of  systems  suitable  for  Vene;an  Plain  

MAIN PURPOSES i)  study effect and performance of SUDS in stormwater management within

the climatic context of the Venetian Plain,

ii)  evaluate the plant species adaptation to the particular conditions of SUDS

iii)  provide students and stakeholders of real and innovative examples of design solutions for stormwater management in urban areas,

iv)  establish a reference hotspot from which practitioners and public administrations can obtain information bringing to include these solutions in urban planning as well as in specific public/private designs  

Bioreten6on  pond  

Rain  gardens  

Green  roof  microcosms  

Bioreten8on  pond  

•  Alisma  parviflora  (12)  •  Bacopa  caroliniana  (24)  •  Caltha  palustris  (24)  •  Iris  “Black  Gamecock”  (20)  •  Lysimachia  punctata  (24)    •  Lythrum  salicaria  (24)  •  Mentha  aqua:ca  (24)    •  Oenanthe  javanica  “Flamingo”  (24)  •  Phalaris  arundinacea  “Picta”  (24)  •  Typha  laxmannii  (24)  

Bioreten8on  pond  -­‐  MATERIAL  AND  METHODS    

Bioreten8on  pond  -­‐  MATERIAL  AND  METHODS    

Bioreten8on  pond  -­‐  MATERIAL  AND  METHODS    

EXCELLENT  

INSUFFICIENT  

o  Typha  laxmannii  o  Bacopa  caroliniana  o  Phalaris  arundinacea  “Picta”  o  Mentha  aqua6ca*  o  Caltha  palustris  o  Lysimachia  punctata    o  Oenanthe  javanica  “Flamingo”  o  Lythrum  salicaria  o  Alisma  parviflora  o  Iris  “Black  Gamecock”    

*  =  invasive  

Bioreten8on  pond  -­‐  RESULTS    

14  

Bioreten8on  pond  Sept  2016    

15  

Rain  Garden  

16  

Rain  garden  –  MATERIAL  AND  METHODS    

17  

Rain  garden  –  MATERIAL  AND  METHODS    

18  

Rain  garden  –  MATERIAL  AND  METHODS    

19  

Rain  garden  –  MATERIAL  AND  METHODS    

INFILTRATION  =  (RUNOFF  +  RAIN)  –  (ET  +  OVERFLOW)  

ET    è  es8mated  using  WUCOLS  method        (Costello  et  al.,  2000)  

 ET  =  ET0  *  KL  

 KL  =  KS  *  KD  *  KMC            landscape  coefficient    

Output  volumes  Input  volumes  

20  

Rain  garden  –  MATERIAL  AND  METHODS    

21  

Rain  garden  -­‐  RESULTS    

High  ability  to  manage  stormwater  runoff!    

%  roof  drainage  area  

Roof  runoff  (L)  

Direct  rain  (L)  

Overflow  volumes  (L)  (%  of  total  input)  

Evapo-­‐transpira8on  (%  of  total  input)  

Infiltrated  volumes  

(%  roof  runoff)  

10   42070   8030   950  (2%)   7540  (8%)   41  315  (98%)  

15   99770   16380   5780  (0.5%)   9200  (8%)   101  170  (101%)  

20   42070   4015   70  (-­‐)   3770  (15%)   42  560  (101%)  

INFILTRATION  =  (RUNOFF  +  RAIN)  –  (ET  +  OVERFLOW)  

0  

10  

20  

30  

40  

50  

7:26  AM  

8:38  AM  

9:50  AM  

11:02  AM

 

12:14  PM

 

1:26  PM  

2:38  PM  

3:50  PM  

5:02  PM  

6:14  PM  

7:26  PM  

8:38  PM  

9:50  PM  

11:02  PM

 

12:14  AM

 

1:26  AM  

Soil  water  con

tent  

(%)  

centre  10  cm  30  cm  50  cm  70  cm  

Depth  from  the  surface  

0  

10  

20  

30  

40  

50  

7:26  AM  

8:38  AM  

9:50  AM  

11:02  AM

 

12:14  PM

 

1:26  PM  

2:38  PM  

3:50  PM  

5:02  PM  

6:14  PM  

7:26  PM  

8:38  PM  

9:50  PM  

11:02  PM

 

12:14  AM

 

1:26  AM  So

il  water  con

tent  

(%)  

perimeter  10  cm  30  cm  50  cm  70  cm  90  cm  

Depth  from  the  surface  

Rain  garden  -­‐  RESULTS    

23  

Rain  garden  -­‐  RESULTS    

24  

Rain  garden  -­‐  RESULTS    

25  

26  

Green  roof  

Green  roofs  –  MATERIAL  AND  METHODS    

A) Mix Sedum B) Mix Herbaceous perennial C) Mix Suffruticose plants

•  Sedum acre •  Sedum reflexum •  Sedum sexangulare •  Sedum album

•  Euphorbia cyparissias •  Melica ciliata •  Potentilla pusilla •  Campanula spicata •  Bromus erectus

•  Dianthus sylvestris •  Dianthus carthusianorum •  Dianthus hyssopifolius •  Clinopodium nepeta •  Thymus serpyllum •  Anthemis tinctoria •  Artemisia alba

Green  roofs  –  MATERIAL  AND  METHODS    

Software Image J

Software MatLab

Green  roofs  –  MATERIAL  AND  METHODS    

Green  roofs  -­‐  Laboratory  tests  

0

100

200

300

400

500

600

700

800

Runo

ff  (m

m)

Cumulated  runoff  Dec  2015  -­‐ Ago  2016

Total  RainfallGRAVELSEDUM  VU  BAERBAC  VU  BASUFFR  VU  BASEDUM  VU  PIERBAC  VU  PISUFFR  VU  PISEDUM  ZN  BAERBAC  ZN  BASUFFR  ZN  BASEDUM  ZN  PIERBAC  ZN  PISUFFR  ZN  PI

438 mm

325 mm

Green  roofs  -­‐  RESULTS  

Green  roofs  -­‐  RESULTS  

0  

50  

100  

150  

200  

250  

300  

350  

400  

450  

PREFORMED   MINERAL  

Runo

ff    (m

m)  

Drainage/storage  layer  

***  

a  b   b  

0  

50  

100  

150  

200  

250  

300  

350  

400  

450  

SEDUM   HERBACEOUS   SUFFRUTICOSE  

Runo

ff  (m

m)  

***   ns  

0  

50  

100  

150  

200  

250  

300  

350  

400  

450  

VOLCANIC   RECYCLED  

Runo

ff    (m

m)  

Growth  medium  

a   a  ab   b  

0  50  

100  150  200  250  300  350  400  450  

VOLCANIC   RECYCLED  

Runo

ff  (m

m)  

PREFORMED   MINERAL  

***  

Green  roofs  -­‐  RESULTS  

***  

0  5  10  15  20  25  30  35  40  45  50  

VOLCANIC   RECYCLED  

Coverage    (%)  

Growth  medium  

a  

b   b  

0  

10  

20  

30  

40  

50  

60  

SEDUM   HERBACEOUS   SUFFRUTICOSE  

Coverage  (%

)  

***  

CONCLUSIONS  

All  the  three  systems  have  shown  to  be  interes6ng  solu6ons  for  the  sustainable  management  of  urban  stormwater  runoff      Now  we  hope  to  have  overcome  the  main  problems  related  to  the  correct  measurements  of  the  data    Our  research  will  con6nue!  

Stormwater  management  through  Sustainable  Urban  Drainage  Systems:  a  study  in  the  clima8c  context  of  the  

Vene8an  Plain  

Bortolini  L.1,  Zanin  G.2,  D’Agos6no  V.1,  Be9ella  F.1,  Borin  M.2      

1Dept.  TESAF  –  2Dept.  DAFNAE  

Environment,  Sustainable  Agriculture  and  Forest  Management                      Padova  25-­‐29th  September  2016  

THANK  YOU  FOR  YOUR  ATTENTION