Войти
Парковки очень непроницаемы. Непроницаемые поверхности - это в основном искусственные конструкции, такие как тротуары (дороги, тротуары, проезды и автостоянки, а также промышленные зоны, такие как аэропорты, порты и логистика и распределительные центры, все из которых используют значительные площади с твердым покрытием), которые покрыты водостойкими материалами, такими как асфальт, бетон, кирпич, камень - и крыши. Грунты, уплотненные городской застройкой, также обладают высокой водонепроницаемостью.
Непроницаемые поверхности - это экологическая проблема, потому что с их конструкцией запускается цепь событий, которые изменяют городской воздух и водные ресурсы:
Большинство городских крыш полностью непроницаемы. Общее покрытие непроницаемыми поверхностями на территории, такой как муниципалитет или водораздел, обычно выражается в процентах от общей площади суши. Охват увеличивается с ростом урбанизации. В сельской местности непроницаемое покрытие может составлять всего один-два процента. В жилых районах покрытие увеличивается примерно с 10 процентов в районах с низкой плотностью населения до более 50 процентов в многосемейных сообществах. В промышленных и коммерческих областях охват превышает 70 процентов. В региональных торговых центрах и плотной городской застройке это более 90 процентов. В 48 смежных штатах США городское непроницаемое покрытие составляет в сумме 43 000 квадратных миль (110 000 км²) - площадь, почти равную размеру штата Огайо. Постоянное развитие добавляет еще четверть миллиона акров (1000 км²) каждый год. Обычно две трети покрытия составляют тротуары, а одна треть - крыши зданий.
Непроницаемое покрытие поверхности может быть ограничено путем ограничения землепользования плотности (например, количество домов на акр в подразделении), но этот подход заставляет застроить землю в другом месте (за пределами подразделения), чтобы разместить растущее население. (См. разрастание городов.) В качестве альтернативы, городские сооружения могут быть построены по-другому, чтобы они функционировали больше как естественно проницаемые почвы; примерами таких альтернативных конструкций являются пористые покрытия, зеленые крыши и инфильтрационные бассейны.
Дождевая вода с непроницаемых поверхностей может собираться в резервуарах для дождевой воды и использоваться вместо основной воды. На острове Каталина, расположенном к западу от порта Лонг-Бич, были приложены значительные усилия для сбора осадков, чтобы минимизировать расходы на транспортировку с материка.
Отчасти в ответ на недавнюю критику со стороны муниципалитетов ряд производителей бетона, таких как CEMEX и Quikrete, начали производить проницаемые материалы, которые частично смягчают воздействие на окружающую среду обычного непроницаемого бетона. Эти новые материалы состоят из различных комбинаций природных твердых веществ, включая мелкие и крупнозернистые породы и минералы, органические вещества (включая живые организмы ), лед, выветренная порода и осадки, жидкости в основном вода растворы и газы.
Процент непроницаемой поверхности в различных городах Процентная непроницаемость, обычно называемая PIMP в расчетах, является важным фактором при рассмотрении дренажа воды. Он рассчитывается путем измерения процента площади водосбора, состоящей из непроницаемых поверхностей, таких как дороги, крыши и другие поверхности с твердым покрытием. Оценка PIMP дается как PIMP = 6,4J ^ 0,5, где J - количество жилищ на гектар (Butler and Davies 2000). Например, для лесных угодий значение PIMP составляет 10%, в то время как в плотных коммерческих районах значение PIMP равно 100%. Эта переменная используется в Справочнике по оценке наводнений.
График покрытия непроницаемой поверхности в США. Гомер и другие (2007) указывают, что около 76 процентов территории Соединенных Штатов классифицируются как имеющие менее 1 процент непроницаемого покрытия, 11 процентов с непроницаемым покрытием от 1 до 10 процентов, 4 процента с расчетным непроницаемым покрытием от 11 до 20 процентов, 4,4 процента с расчетным непроницаемым покрытием от 21 до 40 процентов и около 4,4 процента с расчетным непроницаемым покрытием более 40 процентов.
Общая непроницаемая площадь (TIA), обычно называемая в расчетах непроницаемой защитой (IC), может быть выражена дробью (от нуля до один) или в процентах. Существует множество методов оценки TIA, включая использование Национального набора данных о земном покрове (NLCD) с Географической информационной системой, категорий землепользования с категориальными оценками TIA, обобщенного процента освоенной площади и взаимосвязей. между плотностью населения и TIA.
Набор данных о непроницаемой поверхности NLCD в США может обеспечить высококачественный согласованный на национальном уровне набор данных о земном покрове в формате, готовом для ГИС, который можно использовать для оценки значения TIA. NLCD последовательно определяет процент антропогенного TIA для NLCD с разрешением пикселей 30 метров (900 м2) по всей стране. В наборе данных каждый пиксель количественно определяется как имеющий значение TIA в диапазоне от 0 до 100 процентов. Оценки TIA, сделанные с помощью набора данных о непроницаемой поверхности NLCD, представляют собой агрегированное значение TIA для каждого пикселя, а не значение TIA для отдельной непроницаемой поверхности. Например, двухполосная дорога на травянистом поле имеет значение TIA, равное 100 процентам, но пиксель, содержащий дорогу, будет иметь значение TIA, равное 26 процентам. Если дорога (одинаково) пересекает границу двух пикселей, каждый пиксель будет иметь значение TIA 13 процентов. Анализ качества данных набора данных NLCD 2001 с вручную разделенными областями выборки TIA показывает, что средняя ошибка прогнозируемого по сравнению с фактическим TIA может составлять от 8,8 до 11,4 процента.
Оценка TIA по землепользованию производится путем идентификации категории землепользования для больших участков земли, суммируя общую площадь каждой категории и умножая каждую площадь на характерный коэффициент TIA. Категории землепользования обычно используются для оценки TIA, потому что области с общим землепользованием могут быть идентифицированы на основе полевых исследований, карт, информации о планировании и зонировании, а также удаленных изображений. Обычно используются методы коэффициентов землепользования, поскольку карты планирования и зонирования, которые определяют аналогичные территории, все чаще доступны в форматах ГИС. Кроме того, методы землепользования выбираются для оценки потенциальных воздействий будущего развития на TIA с картами планирования, которые количественно определяют прогнозируемые изменения в землепользовании. Существуют существенные различия в фактических и расчетных оценках TIA из различных исследований в литературе. Такие термины, как низкая плотность и высокая плотность, могут отличаться в разных областях. Плотность жилья в половину акра на дом может быть классифицирована как высокая плотность в сельской местности, средняя плотность в пригороде и низкая плотность в городской местности. Гранато (2010) предоставляет таблицу со значениями TIA для различных категорий землепользования из 30 исследований в литературе.
Процент развитой площади (PDA) обычно используется для оценки TIA вручную с использованием карт. Консорциум Multi-Resolution Land Characteristics Consortium (MRLCC) определяет развитую территорию как покрытую не менее 30 процентами строительных материалов). Саутхард (1986) определил неразвитые территории как естественные, сельскохозяйственные или рассредоточенные жилые застройки. Он разработал уравнение регрессии для прогнозирования TIA с использованием процента развитой площади (таблица 6-1). Он разработал свое уравнение, используя логарифмическую степенную функцию с данными из 23 бассейнов в штате Миссури. Он отметил, что этот метод был выгоден, поскольку большие бассейны можно было быстро очертить, а TIA оценить вручную по имеющимся картам. Гранато (2010) разработал уравнение регрессии, используя данные из 262 речных бассейнов в 10 городских районах на границе Соединенных Штатов с площадью водосбора от 0,35 до 216 квадратных миль и значениями PDA от 0,16 до 99,06 процента.
TIA также оценивается на основе данных плотности населения путем оценки населения в интересующей области и использования уравнений регрессии для вычисления соответствующего TIA. Данные о плотности населения используются потому, что согласованные на национальном уровне данные по блокам переписи доступны в форматах ГИС для всех Соединенных Штатов. Методы плотности населения также могут использоваться для прогнозирования потенциальных последствий будущего развития. Хотя могут быть значительные различия в отношениях между плотностью населения и TIA, точность таких оценок имеет тенденцию улучшаться с увеличением площади водосбора, поскольку местные вариации усредняются. Гранато (2010) предоставляет таблицу с 8 соотношениями плотности населения из литературы и новое уравнение, разработанное с использованием данных из 6255 речных бассейнов в наборе данных USGS GAGESII. Гранато (2010) также предлагает четыре уравнения для оценки TIA на основе плотности жилья, которая связана с плотностью населения.
Естественная непроницаемая зона определяется здесь как земельный покров, который может вносить значительный вклад во время небольших и сильных штормов, но обычно классифицируется как проницаемые зоны.. Эти районы обычно не рассматриваются в качестве важных источников ливневых потоков в большинстве исследований качества автомобильных дорог и городских стоков, но могут вызывать значительные ливневые потоки. Эти естественные непроницаемые участки могут включать открытую воду, заболоченные земли, обнажения горных пород, бесплодную почву (естественные почвы с низкой водонепроницаемостью) и участки уплотненных почв. Естественные водонепроницаемые районы, в зависимости от их характера и предшествующих условий, могут вызывать ливневые потоки из-за инфильтрации избыточного наземного стока, насыщения наземного потока или прямых осадков. Ожидается, что влияние естественных водонепроницаемых территорий на образование стока будет более значительным в районах с низким TIA, чем в высокоразвитых районах.
Предоставляются статистические данные о земном покрове, которые можно использовать в качестве качественной меры распространенности различных земельных покровов, которые могут выступать в качестве естественных непроницаемых территорий. Открытая вода может действовать как естественная непроницаемая зона, если прямые осадки проходят через сеть каналов и прибывают в виде ливневого потока на интересующее место. Водно-болотные угодья могут действовать как естественная непроницаемая территория во время штормов, когда сброс грунтовых вод и насыщение наземного стока составляют значительную часть ливневого стока. Бесплодная земля в прибрежных зонах может действовать как естественная непроницаемая зона во время штормов, поскольку эти зоны являются источником инфильтрации избыточных наземных потоков. На первый взгляд проницаемые участки, которые были затронуты разработкой, могут действовать как непроницаемые участки и создавать избыточные инфильтрационные потоки по суше. Эти ливневые потоки могут возникать даже во время штормов, которые не соответствуют критериям объема или интенсивности осадков для образования стока, основанного на номинальной скорости инфильтрации.
Развитые проницаемые зоны могут вести себя как непроницаемые зоны, поскольку разработка и последующее использование имеют тенденцию уплотнять почвы и снижать скорость инфильтрации. Например, Фелтон и Лулл (1963) измерили скорость инфильтрации лесных почв и газонов, чтобы указать на возможное снижение инфильтрации на 80 процентов в результате деятельности по развитию. Точно так же Тейлор (1982) провел испытания инфильтрометром на участках до и после застройки пригородов и отметил, что изменение и уплотнение верхнего слоя почвы в результате строительных работ снизили скорость инфильтрации более чем на 77 процентов.
В эту статью включены общедоступные материалы с веб-сайтов или документы Геологической службы США и Федерального управления шоссейных дорог.
