Mái nhà xanh đang được xây dựng ở các thành phố lớn để quản lý nước mưa. Giảm hiệu ứng đảo nhiệt đô thị và cải thiện chất lượng không khí – nhưng liệu chúng có hiệu quả?
John Buck, một nhà khoa học về đất đai đầy sáng tạo đến từ Pittsburgh, Pennsylvania. Đã cố gắng trả lời câu hỏi này một cách định lượng ở nhiều thành phố khác nhau bằng cách sử dụng thiết bị quan trắc đất để xác định hiệu quả và loại cơ sở hạ tầng xanh tốt nhất để quản lý nước mưa.
TẠI SAO NÊN SỬ DỤNG MÁI NHÀ XANH?
Ở các thành phố lâu đời, nước mưa thường được trộn lẫn với nước thải sinh hoạt. Và hỗn hợp nước này được xử lý tại nhà máy xử lý nước thải trong thời tiết khô ráo và mưa nhỏ. Thật không may, trong những trận mưa lớn (đôi khi chỉ vài mm mưa). Lượng nước hỗn hợp vượt quá khả năng xử lý của nhà máy. Và được xả trực tiếp ra nguồn nước mặt mà không qua xử lý dưới dạng “nước thải hỗn hợp tràn” (CSO).
Một trong những cách để giảm thiểu CSO là thu gom và trữ nước mưa để ngăn nước chảy vào hệ thống cống chung. Mái nhà xanh về cơ bản là một khu vườn trên mái nhà. Nhưng thay vì trồng cây trong đất, người thi công sử dụng chất nền tổng hợp làm từ đá phiến giãn nở, đất sét giãn nở, gạch vụn. Hoặc các vật liệu nhẹ, xốp khác có tỷ lệ thấm nước cao. Trong một trận mưa, nước sẽ thấm vào không gian rỗng chứa đầy không khí trong chất nền. Hoạt động như một miếng bọt biển để hút nước mưa. Lượng nước dư thừa sẽ chảy vào lớp thoát nước ngầm và thoát ra khỏi khu vườn trên mái nhà thông qua các cống thoát nước hiện có.
Vì một phần đáng kể nước
Vì một phần đáng kể nước mưa được tích trữ trong lớp đất nền. Nó có thể phân tán sau đó thông qua quá trình bốc hơi và thoát hơi nước thay vì góp phần làm tăng thể tích nước mưa và gây ra hiện tượng tràn nước thải hỗn hợp (CSO).
Xem thêm: Thiết bị quan trắc địa kỹ thuật
TÌM KIẾM CÂU TRẢ LỜI
Các nhà thiết kế và cơ quan quản lý muốn biết mái nhà xanh hoạt động hiệu quả đến mức nào và liệu chúng có đang được thiết kế quá mức cần thiết hay không.
Họ muốn có câu trả lời cho những câu hỏi như: “Tôi nên sử dụng loại chất nền nào? Loại cây nào có thể sống sót trong điều kiện mái nhà xanh? Tôi có cần tưới nước cho mái nhà xanh khi không có mưa bão không?” và, “Mái nhà xanh có hoạt động tốt như nhau trong một trận mưa nhỏ 2.5 cm xảy ra trong nửa giờ so với một trận mưa lớn 12,5 cm xảy ra trong năm ngày không?” Buck. Người sử dụng thiết bị ghi dữ liệu ZL6, đang sử dụng các thiết bị đo lượng nước thấm trong đất (lysimeter) và các thiết bị đo lượng mưa kiểu gầu lật cải tiến để đo lượng. Cường độ và chất lượng nước chảy vào và ra khỏi mái nhà xanh. Ông cũng theo dõi các thông số thời tiết và tính toán lượng bốc hơi nước hàng ngày của cảnh quan. Sử dụng cảm biến đất METER, ông đo độ dẫn điện (muối hòa tan). Hàm lượng nước thể tích và nhiệt độ.
Ông đã lắp đặt các thiết
Ông đã lắp đặt các thiết bị ghi dữ liệu METER gửi dữ liệu lên web thông qua kết nối di động GSM. Cho phép các bên liên quan truy cập dữ liệu theo thời gian thực. Hệ thống truyền dữ liệu từ xa này cung cấp thêm tính bảo mật dữ liệu. Kết quả được cập nhật ngay lập tức. Phản hồi tức thời về các sự cố hệ thống và cách thức dễ dàng để chia sẻ dữ liệu với người khác.
CHÚNG TA ĐÃ HỌC ĐƯỢC GÌ?
Buck phát hiện ra rằng mái nhà xanh có khả năng giữ nước tốt hơn nhiều so với tưởng tượng của mọi người. Tại khu chung cư Penfield ở St. Paul, Minnesota, mái nhà xanh giữ lại đủ nước để giảm lượng nước chảy tràn xuống còn khoảng một nửa so với mái nhà thông thường. Và cường độ dòng chảy cực đại chỉ bằng khoảng một phần tư so với trường hợp không có mái nhà xanh.
Tại Vườn thực vật Phipps ở Pittsburgh. Lượng nước chảy tràn hàng năm giảm 87% và hầu như không có nước chảy tràn từ các trận mưa mùa hè thông thường. Buck nhận xét: “Điều thú vị là, trong dự án Penfield. Chúng tôi kỳ vọng hiệu suất thủy văn tốt hơn ở những nơi đất dày hơn. Nhưng thực tế không có sự khác biệt, hoặc kết quả hơi ngược lại so với dự kiến. Sự ngược lại đó có thể là do ảnh hưởng phức tạp của việc tưới tiêu. Có lẽ không đồng đều và không được đo lường bằng máy đo mưa.”
NHỮNG THÁCH THỨC MỚI CHO MÁI NHÀ XANH
Kết quả ứng dụng mái nhà xanh rất khả quan. Nhưng chúng cũng đặt ra một thách thức mới: đảm bảo cây trồng có đủ nước.
Mấu chốt của thách thức nằm ở chỗ vật liệu nền nhẹ, dạng đá phiến/đất sét giãn nở. Vốn là tiêu chuẩn trong thiết kế mái nhà xanh, có khả năng thấm hút nước tốt. Nhưng lại có một số đặc tính khác biệt so với đất thông thường. Cụ thể, vật liệu đá phiến và đất sét giãn nở thường chủ yếu là các hạt cát và sỏi mịn. Tạo ra tỷ lệ lỗ rỗng lớn. Nhưng độ xốp bên trong của các hạt lớn lại chủ yếu là các lỗ rỗng nhỏ. Sự phân bố kích thước lỗ rỗng này dẫn các nhà nghiên cứu đến hai câu hỏi quan trọng: Lượng nước sẵn có cho sự phát triển của cây trồng là bao nhiêu?
Và liệu độ dẫn thủy lực chưa bão hòa có đủ để tránh tình trạng thiếu nước ở rễ cây trong điều kiện nhu cầu bốc hơi cao bằng cách cho phép nước chảy từ đất xung quanh đến rễ hay không? Đây là những câu hỏi quan trọng khi công nghệ mái nhà xanh tiếp tục phát triển.
CÁC THÔNG SỐ ĐO LƯỜNG CẦN THIẾT ĐỂ KIỂM ĐỊNH MÁI NHÀ XANH
Tuy nhiên. Buck đã học được rất nhiều điều từ công việc của mình. Xét đến sự phân bố không đồng đều của các cơn bão mùa hè. Các nghiên cứu định lượng về hiệu suất mái nhà xanh đòi hỏi phải đo lượng mưa tại chỗ. Việc theo dõi độ ẩm đất kết hợp với lượng mưa và các phép đo thoát nước bằng thiết bị đo thấm đất (lysimeter) cho thấy mức độ bão hòa tổng thể và mao dẫn. Tốc độ thoát nước và độ xốp có sẵn để lưu trữ. Các cảm biến tiềm năng nước trong đất METER. Được đặt trong vùng mao dẫn của nước đọng trên các lớp thoát nước ngầm. Có thể cung cấp những hiểu biết hữu ích về độ khô của lớp thoát nước và đất phía trên. Cũng như khả năng lưu trữ nước mưa trong lớp thoát nước.
Đo trực tiếp khả năng thoát nước của đất bằng lysimeter là một phép đo bổ sung quan trọng trong các dự án định lượng hiệu suất mái nhà xanh vì có một thành phần lưu trữ nước chưa được đo lường khi sử dụng các loại cây mọng nước vùng núi cao chịu hạn (thường là các loài Sedum) trên mái nhà xanh. Cây Sedum có thể hấp thụ lượng nước tương đương lên đến 10 mm mưa trong mô thực vật của chúng.
CÁC DỰ ÁN KHÁC VÀ KẾ HOẠCH TƯƠNG LAI
Ở mặt đất, Buck đang định lượng hiệu suất của các khu vực thấm nước mưa cường độ cao. Được biết đến như vườn mưa, khu vực giữ nước sinh học. Hoặc nói chung hơn là các biện pháp quản lý tốt nhất về nước mưa dựa trên thấm (Infiltration-based BMPs).
Khi quan trắc các biện pháp quản lý tốt nhất về nước mưa dựa trên thấm. Buck đã sử dụng các công cụ tương tự như những công cụ được sử dụng trên mái nhà xanh. Nhưng đã bổ sung thêm các cảm biến mực nước và áp kế. Buck nhận thấy rằng các phép đo phụ trợ về độ dẫn điện. Thường có sẵn trên các cảm biến hàm lượng nước. Cùng với việc lấy mẫu nước bề mặt và nước lỗ rỗng. Có thể được sử dụng để ghi lại những biến đổi đang diễn ra trong hệ thống thấm.
Những phép đo này hiện kết hợp lại cho thấy rằng mái nhà xanh và các biện pháp quản lý tốt nhất về nước mưa dựa trên thấm thực sự tạo ra sự khác biệt cho môi trường đô thị và đóng góp vào việc giảm thiểu sự cố tràn nước thải hỗn hợp (CSO). Thách thức hiện nay là làm thế nào để triển khai công nghệ này rộng rãi hơn. Nhưng, với sự xác nhận hiện có. Công việc đó sẽ dễ dàng hơn rất nhiều.
(Theo trang https://metergroup.com/)