Vodní režim vegetační vrstvy extenzivní zelené střechy

Abstract

Významným úkolem při adaptaci na změnu klimatu, zejména ve městských oblastech, je vývoj antropogenních systémů půda-rostlina, jejichž příkladem jsou i zelené střechy. Podrobné studie zabývající se hydrologickou rovnováhou zelených střech jsou v současnosti rozšířeným výzkumným tématem, jejich vliv dosahuje do mnoha oblastí lidské činnosti včetně vodního hospodářství. Zelené střechy se stávají více populárními díky své schopnosti redukovat a transformovat celkový roční odtok v porovnání se střechami klasickými. Pro posouzení vodního a teplotního režimu extenzivní zelené střechy byly na střeše Univerzitního centra energeticky efektivních budov, ČVUT v Praze (dále jen UCEEB), vybudovány čtyři experimentální plochy zelených střech. Do každého ze vzniklých segmentů byl uložen substrát, který byl následně osazen vegetací. Byly použity dva druhy substrátů a vegetace ve dvou stádiích rozvoje rostlin. Prvním stádiem byly rozchodníkové řízky a druhým rozchodníkový koberec. Do prvních dvou segmentů (S1 a S2) byl uložen substrát na bázi na spongolitu a do třetího a čtvrtého segmentu (S3 a S4) byl uložen substrát založený na bázi drceného liaporu. Segmenty S2 a S3 byly osazeny rozchodníkovým kobercem a na segmenty S1 a S4 byly aplikovány rozchodníkové řízky. Do segmentů o rozměrech 1 x 1 m byl nasypán substrát o mocnosti 4 cm (S2,S3) a 6 cm (S1,S4). Experiment byl založen v září roku 2017. Pro vyhodnocení vodního a teplotního režimu segmentů extenzivních zelených střech byly kontinuálně monitorovány základní charakteristické veličiny. Vlhkost v substrátech byla monitorována pomocí reflektometrické metody, kdy v každém ze segmentů byla uložena 2 vlhkostní čidla. Odtoky z jednotlivých segmentů zelených střech byly monitorovány pomocí překlopných člunků měřících celkový odtékající objem vody. Jeden ze segmentů byl osazen vážními čidly. V každém ze segmentů byla monitorována teplota substrátu. Meteorologická stanice, která je umístěna v bezprostřední blízkosti experimentu na zelené střeše budovy UCEEB disponuje měřením srážkových úhrnů, rychlosti a směru větru, solární radiace, teplot a relativních vlhkostí vzduchu. K určení hydraulických charakteristik substrátů byly z každého segmentu odebrány tři neporušené půdní vzorky, na kterých byla stanovena retenční čára jednotlivých segmentů. Výsledky měření byly interpretovány numerickou simulací. Výsledky výzkumu dokazují, že uspořádání segmentu S1 působí z hlediska retence vody nejefektivněji. Segment S1 je schopen zadržet až 54 % celkového objemu srážky. Nejvyšší vlhkosti substrátu byly pozorovány v segmentu S3 při současném dosažení nejvyššího odtoku. Segmenty S2 a S3 vykazují v teplejších měsících průměrně nižší hodnoty teploty substrátů oproti segmentům S1 a S4 a vyšší hodnoty teplot substrátu v měsících, kdy se průměrné hodnoty teploty vzduchu dostávají pod bod mrazu.

Development of anthropogenic soil-plant system, such as a green roofs, is a significant task in adaptation to climate change especially in urban areas. A detailed study of hydrological balance of green roofs is a present-day research topic with impacts into many field of human activity, including water management. Green roofs have become more and more popular because of their ability to reduce the total annual runoff as well as peak storm water runoff in comparison to regular roofs. To evaluate the water and thermal regime of an extensive green roofs, four test beds has been established on the roof of University Centre for Energy Efficient Buildings of the Czech Technical University in Prague. The study compares four test beds of which two were established with different green roof substrates and were planted with plants at two different stages of growth (Sedum cutting and Sedum carpet). The first and the second test bed (S1 and S2) was established with substrate based on spongolite. The third and the fourth test bed (S3 and S4) was established with substrate based on expanded clay. The test beds S2 and S3 were covered by Sedum carpets and the rest was scattered by Sedum cuttings. Test beds dimensions are 1 x 1 m and depth of substrates reaches 4 cm (S2,S3) and 6 cm (S1,S4). The experiment has been started in September 2017. To determine water and thermal regime of extensive green roof test beds characteristic values were monitored. The volumetric water content is measured by eight Time Domain Reflectometry probes (two in each test bed). Outflow from each test bed is measured by tipping bucket flow meter. The weight changes are additionally measured on one test bed. The soil substrate temperature is measured on each test bed. Wind speed, wind direction, solar radiation, relative air humidity and air temperatures are measured on a weather station located on the roof. Three undisturbed samples from each segment were taken for laboratory measurements to determine hydraulic properties. The results of measurements are interpreted by numerical simulation. The results of the research shows that the segment S1 is the most effective in water retention. The segment S1 is able to retain up to 54 % of total rainfall. The highest volumetric water content is observed in the segment S3 though reaching also the highest observed outflow. Lower temperatures of substrate are observed in segments S2 and S3 during the warmer months while segments S2 and S3 reaches higher temperatures of substrate when the average air temperatures are below freezing.