Modeling of water flow and nutrient transport in green roof

Abstract

Tato práce se zabývá modelováním proudění vody a transportu rozpuštěných látek v rámci hybridního systému zelených střech zahrnujícího umělý mokřad a polointenzivní zelenou střechu. S využitím softwaru HYDRUS-2D byly provedeny simulace za účelem vyhodnocení výkonnosti a dynamiky tohoto integrovaného systému a vytvoření digitálního dvojčete, které dokáže simulovat experiment. Modelované tlakové výšky vykazovaly nárůst během zavlažovacích pulzů a dešťových událostí, zejména v blízkosti povrchu, což odráží účinnou infiltraci a redistribuci vody. Simulace transportu a osudu rozpuštěných látek v souvislosti s BSK5 prokázaly schopnost systému snižovat koncentraci rozpuštěných látek. Výsledky ukázaly výrazný pokles hladin BSK5 v blízkosti odtoku, což zdůrazňuje účinnost zelené střechy při rozkladu organických látek. Tyto výsledky přispívají k hlubšímu pochopení nedávno vyvinutého hybridního systému umělého mokřadu a zelené střechy a nabízejí poznatky o optimalizaci jeho konstrukčních a provozních strategií pro lepší hospodaření s vodou a přínosy pro životní prostředí. Výzkum zdůrazňuje potenciál hybridních zelených střech pro zlepšení udržitelnosti měst prostřednictvím účinného hospodaření s vodou a rozpuštěnými látkami.

This thesis investigates the modeling of water flow and solute transport within a hybrid green roof system incorporating a constructed wetland and a semi-intensive green roof. Utilizing HYDRUS-2D software, simulations were performed to evaluate the performance and dynamics of this integrated system and build a digital twin that can replicate the experiment. Modeled pressure heads demonstrated increases during irrigation pulses and rainfall events, particularly near the surface, reflecting effective infiltration and redistribution of water. Simulations of solute transport and fate related to BOD5 demonstrated the system's ability to reduce solute concentration. The results showed a marked decrease in BOD5 levels near the outlet, highlighting the green roof's effectiveness in degrading organic matter. These results contribute to a deeper understanding of recently developed hybrid, constructed wetland-green roof system, offering insights into optimizing its design and operational strategies for its enhanced water management and environmental benefits. The research emphasizes the potential of hybrid green roofs to improve urban sustainability through effective water and solute management.