Tòa nhà sinh thái Acros Fukuoka ở Fukuoka, Nhật Bản tự hào là một trong những mái nhà xanh nổi tiếng nhất thế giới. Phòng thí nghiệm GRIT tại Đại học Toronto đang nỗ lực mang mái nhà xanh cho thành phố và xa hơn nữa để chống biến đổi khí hậu. (Shutterstock)

Mùa xuân và mùa hè 2017 là một trong những nơi ẩm ướt nhất được ghi nhận ở miền đông Bắc Mỹ. Và thế giới đã theo dõi Houston, nơi cơn bão Harvey gây ra lũ lụt tàn khốc.

Lượng mưa vào mùa xuân phá vỡ kỷ lục ở những nơi như Toronto, nơi mưa 44.6 milimet rơi trong vài giờ 24. Cơn mưa lớn vào đầu mùa xuân năm đó đã khiến cơ sở hạ tầng nước mưa ở thành phố lớn nhất Canada tràn qua, dẫn đến ngập đường phố trung tâm sầm uất.

Quá trình đô thị hóa ở nhiều thành phố Bắc Mỹ đã dẫn đến sự mất mát nhanh chóng các bề mặt thấm nơi nước có thể tự do thoát nước. Cùng với dân số trung tâm thành phố ngày càng tăng ở các thành phố như Toronto, điều này có nghĩa là hệ thống nước mưa và cống thoát nước phải quản lý nhiều nước hơn so với các thập kỷ trước.

Hơn nữa, sự gia tăng nhiệt độ toàn cầu có liên quan đến sự gia tăng các sự kiện thời tiết khắc nghiệt trên toàn thế giới, một xu hướng có thể trở nên tồi tệ hơn nếu sự nóng lên toàn cầu không được kiểm soát.

Nhiều thành phố trang bị xấu để đối phó với lượng mưa lớn chưa từng thấy này do cơ sở hạ tầng nước mưa không đủ và lỗi thời.

Một tài xế xe tải đi bộ qua vùng nước lũ sau khi móc xe trên Công viên Don Valley Parkway ở Toronto sau cơn mưa lớn vào tháng 7 2013. ÁP LỰC CANADA / Frank Gunn

Hai mươi ba phần trăm cống của trung tâm thành phố Toronto được kết hợp, có nghĩa là cả nước mưa và nước thải của thành phố chảy cùng nhau trong một đường ống đến nhà máy xử lý nước. Trong thời kỳ mưa lớn, lượng nước mưa trong cống có thể đạt tới công suất và tràn ra đường phố Toronto và vào hồ và sông.

Điều đó có nghĩa là để ngăn chặn lũ lụt ở các khu vực trung tâm thành phố, nước thải được thải ra - không được xử lý - vào các vùng nước cho phép bơi lội và các môn thể thao giải trí khác.

Với lượng mưa tăng trên toàn cầu, đây là thời điểm quan trọng để kiểm tra làm thế nào các thành phố có thể cải thiện cơ sở hạ tầng xây dựng hiện tại của họ để giảm bớt thiệt hại do lũ lụt và xử lý nước mưa một cách bền vững hơn.

Công nghệ hạ tầng xanh, như mặt đường thấm, sinh học, bể chứa nước và mái nhà màu xanh lá cây, hiện đang được khuyến khích để đối đầu với các sự kiện thời tiết khắc nghiệt.

Mái nhà xanh để quản lý nước mưa

Mái nhà xanh là một cơ sở hạ tầng xanh (GI) tùy chọn có thể được áp dụng cho hầu như bất kỳ tầng thượng nào có khả năng tải trọng. Những lợi ích của mái nhà xanh vượt xa sự hấp dẫn thẩm mỹ rõ ràng của chúng.

Một nghiên cứu được thực hiện bởi kỹ sư dân sự của Đại học Toronto, Jenny Hill và các nhà nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm đổi mới mái nhà xanh của trường (Phòng thí nghiệm GRIT) cho thấy các mái nhà xanh có khả năng thu được trung bình 70 phần trăm lượng mưa trong một thời gian nhất định, giải phóng các hệ thống nước mưa ngầm và giải phóng nước mưa trở lại bầu khí quyển.

Nghiên cứu đã xem xét bốn biến thiết kế mái nhà màu xanh lá cây đại diện cho các thực hành công nghiệp phổ biến nhất: Loại cây trồng (mọng nước hoặc cỏ và cây thân thảo), thay thế đất (khoáng sản, phân gỗ), độ sâu trồng (centimet centimet hoặc centimet) và lịch tưới ( không, hàng ngày hoặc kích hoạt cảm biến) và bốn yếu tố này ảnh hưởng đến việc thu nước.

Lịch tưới nước được chứng minh là có hiệu quả lớn nhất, với khả năng duy trì tăng từ 50 phần trăm với tưới hàng ngày đến 70 phần trăm với kích hoạt cảm biến hoặc không tưới. Nói cách khác, mái nhà chưa được tưới hoặc chỉ được tưới khi đất của chúng đạt đến độ ẩm định trước, có khả năng hấp thụ nước mưa lớn hơn.

Hơn nữa, nghiên cứu đã tính toán một hệ số dòng chảy đỉnh mới - một giá trị không đổi được sử dụng để tính toán khả năng giữ nước của màu xanh lá cây - cho mái nhà màu xanh lá cây ở khoảng 0.1-0.15, giảm 85 đến 90 so với bề mặt không thấm nước.

Các nhà thiết kế và kỹ sư thường xuyên sử dụng một con số 0.5 (giảm phần trăm 50) để đánh giá hiệu suất của mái nhà xanh. Sự khác biệt này giữa thực tiễn công nghiệp và các phát hiện dựa trên bằng chứng khu vực nêu bật sự cần thiết phải nghiên cứu thêm.

Cây mọng nước và cây hoa trên mái nhà xanh của phòng thí nghiệm GRIT. Phòng thí nghiệm GRIT của Đại học Toronto

Biến số quan trọng thứ hai đối với việc giữ nước mưa là sự thay thế đất. Vật liệu trồng mái xanh được sử dụng rộng rãi nhất dựa trên các hướng dẫn của Hiệp hội Nghiên cứu, Phát triển và Xây dựng Cảnh quan Đức (FLL).

FLL khuyến nghị tổng hợp khoáng sản vì nó được cho là tồn tại lâu hơn và cứng hơn các chất thay thế đất sinh học. Nhưng khuyến nghị này đã bị thách thức bởi nghiên cứu ngày hôm nay.

Hill và nhóm của cô đã so sánh vật liệu trồng khoáng với phân gỗ. Phân hữu cơ vượt trội hơn khoáng sản bằng 10 phần trăm (70 phần trăm so với 60 phần trăm lượng mưa được giữ lại) trên các giường không có nước tưới, và đã có nén tối thiểu hoặc phá vỡ theo thời gian.

Một phát hiện quan trọng khác trong nghiên cứu của Hill đã chứng minh rằng khi bị ẩm, do tưới nước hoặc mưa, vật liệu trồng có ảnh hưởng lớn nhất đến khả năng giữ nước. Phân hữu cơ vượt trội hơn so với thay thế đất khoáng tới ba lần khi bão hòa hoàn toàn (83 phần trăm lượng mưa được giữ lại so với 29 phần trăm).

Phân bón thay thế đất tốt hơn

Điều đó có nghĩa là phân hữu cơ không chỉ hoạt động tốt hơn trong mỗi mùa mà còn hoạt động tốt hơn rất nhiều trong mùa mưa và trong những cơn bão ngược trở lại.

Độ sâu trồng (10 centimet so với 15 cm) và họ thực vật (mọng nước so với cỏ và thực vật có hoa) cả hai đều cho thấy có tác động ít ỏi đối với việc giữ nước mưa so với lịch trình trồng và tưới nước.

Và do đó, không ảnh hưởng đến quản lý nước mưa, lựa chọn thực vật có thể đáp ứng các mục tiêu thẩm mỹ và các tiêu chuẩn môi trường như đa dạng sinh học và môi trường sống của loài.

Một con ong lượn quanh một cây hoa ở khu vườn trên sân thượng của U of T GRIT Lab. Phòng thí nghiệm của GR GR

Một trong những hạn chế đối với việc xây dựng mái nhà xanh là tải trọng, đặc biệt là trong các tòa nhà không được xây dựng ban đầu để phù hợp với trọng lượng của mái nhà xanh bão hòa. Do đó, độ sâu trồng centimet centimet trái ngược với 10 có nghĩa là nhiều mái nhà có thể đủ điều kiện để trang bị thêm.

Tuy nhiên, mặc dù bảng màu thực vật đa dạng sinh học bao gồm cỏ và cây thân thảo sẽ là một lựa chọn mái nhà xanh giàu tính thẩm mỹ và sinh thái hơn, những cây này đòi hỏi phải tưới nước để tồn tại ở các thành phố như Toronto. Vì thủy lợi có tác động tiêu cực đến việc giữ nước mưa, các nhà thiết kế mái nhà xanh có thể xem xét các loại cây mọng nước chịu hạn như trầm tích.

Tuy nhiên, khi cây thân thảo được trồng trong phân ủ chứ không phải là vật liệu trồng khoáng, việc giảm khả năng giữ nước mưa có thể được ngăn chặn.

Tưới theo yêu cầu được kích hoạt bởi cảm biến độ ẩm đất có thể cân bằng việc quản lý nước với lượng nước sẵn có cho sự phát triển của cây. Hơn nữa, phân hữu cơ nặng ít hơn đáng kể so với vật liệu trồng khoáng, mở ra nhiều tiềm năng cho việc trang bị thêm.

Và vì vậy, Hill và nhóm của cô ấy nghiên cứu về bốn biến số mái xanh riêng biệt cho phép chúng tôi hiểu được lợi ích và hạn chế của từng biến và cách chúng có thể được kết hợp.

Mái nhà xanh: Cơ sở hạ tầng xanh tối ưu

Theo ý kiến ​​của chúng tôi với tư cách là nhà nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm GRIT, mái nhà xanh là cơ sở hạ tầng xanh đô thị tối ưu do đa chức năng của chúng: Chúng có thể được trang bị thêm vào các tòa nhà hiện có, chúng cung cấp không gian đa dạng sinh học cho động vật hoang dã đô thị và họ có thể làm giàu không gian công cộng cho người dân thành phố thưởng thức. Ngoài ra, mái nhà xanh có thể làm cho những nơi không thể trú ngụ trước đây trở nên dễ chịu và cung cấp không gian ngoài trời mới cho nhân viên văn phòng.

Một con bướm bay lượn quanh những bông hoa trên mái nhà xanh của GRIT Lab. Phòng thí nghiệm của GR GR

Những phát hiện gần đây cho thấy rõ tiềm năng của mái nhà xanh. Nhưng các nghiên cứu khoa học kỹ lưỡng về mái nhà xanh, giống như những nghiên cứu được thực hiện tại GRIT Lab, là cần thiết để xác định thành phần mái xanh tốt nhất cho hiệu quả tối ưu.

Ví dụ, mặc dù kiểu trồng ít ảnh hưởng đến khả năng giữ nước mưa, hỗn hợp thảo mộc của cây bản địa đã được chứng minh là nhiều hơn hấp dẫn đối với ong bản địa và được cho là hấp dẫn hơn. Thông tin này rất quan trọng; Mặc dù các loài xương rồng hiện đang là tiêu chuẩn công nghiệp, nhưng chỉ trồng các loài xương rồng trên mái nhà có thể có tác động tiêu cực đến sinh thái đô thị ở các khu vực khác nhau.

Một biến bổ sung để xem xét khi thiết kế một mái nhà xanh là vị trí của nó. Scott MacIvor, nhà nghiên cứu của GRIT Lab và các nhà nghiên cứu nhận thấy rằng vấn đề chiều cao của tòa nhà: Có rất ít tổ ong khi mái nhà xanh quá cao, và vì vậy thiết kế một mái nhà nhằm giúp những con ong cao hơn tám tầng sẽ là vô ích.

Khi các sự kiện bão trở nên thường xuyên và nghiêm trọng hơn đối với các đô thị, các thành phố có cơ sở hạ tầng nước mưa già cỗi đang phải vật lộn để tìm cách giảm bớt tác động. Mái nhà xanh có thể là một phần của giải pháp này, nhưng tất cả các mái nhà xanh không được tạo ra bằng nhau. Các nghiên cứu và kiến ​​thức thích hợp là cần thiết.

Giới thiệu về tác giả

Catherine Howell, Trợ lý nghiên cứu, Phòng thí nghiệm GRIT, Đại học Toronto; Jennifer Drake, Trợ lý Giáo sư Kỹ thuật Xây dựng, Đại học Torontovà Liat Margolis, Phó Giáo sư Kiến trúc Cảnh quan, Đại học Toronto

Bài viết này được tái bản từ Conversation theo giấy phép Creative Commons. Đọc ban đầu bài viết.

Sách liên quan

Tài chính và đầu tư thích ứng khí hậu ở California

bởi Jesse M. Keenan
Cuốn sách này phục vụ như một hướng dẫn cho chính quyền địa phương và các doanh nghiệp tư nhân khi họ điều hướng các vùng nước không thông minh đầu tư vào thích ứng và khả năng phục hồi của biến đổi khí hậu. Cuốn sách này không chỉ phục vụ như một hướng dẫn tài nguyên để xác định các nguồn tài trợ tiềm năng mà còn là lộ trình quản lý tài sản và quy trình tài chính công. Nó nhấn mạnh sự phối hợp thực tế giữa các cơ chế tài trợ, cũng như các xung đột có thể phát sinh giữa các lợi ích và chiến lược khác nhau. Mặc dù trọng tâm chính của công việc này là ở Bang California, cuốn sách này cung cấp những hiểu biết sâu rộng hơn về cách các tiểu bang, chính quyền địa phương và doanh nghiệp tư nhân có thể thực hiện những bước đầu tiên quan trọng trong đầu tư vào thích ứng tập thể của xã hội với biến đổi khí hậu. Có sẵn trên Amazon

Các giải pháp dựa trên thiên nhiên để thích ứng với biến đổi khí hậu ở các khu vực đô thị: Mối liên kết giữa Khoa học, Chính sách và Thực tiễn

bởi Nadja Kabisch, Horst Korn, Jutta Stadler, Aletta Bon
Cuốn sách truy cập mở này tập hợp các kết quả nghiên cứu và kinh nghiệm từ khoa học, chính sách và thực tiễn để làm nổi bật và tranh luận về tầm quan trọng của các giải pháp dựa vào thiên nhiên đối với việc thích ứng với biến đổi khí hậu ở các khu vực đô thị. Người ta nhấn mạnh đến tiềm năng của các phương pháp tiếp cận dựa vào thiên nhiên để tạo ra nhiều lợi ích cho xã hội.

Các đóng góp của chuyên gia đưa ra các khuyến nghị nhằm tạo ra sự hiệp đồng giữa các quá trình chính sách đang thực hiện, các chương trình khoa học và việc triển khai thực tế về biến đổi khí hậu và các biện pháp bảo tồn thiên nhiên tại các khu vực đô thị toàn cầu. Có sẵn trên Amazon

Cách tiếp cận quan trọng để thích ứng với biến đổi khí hậu: Các diễn ngôn, chính sách và thực tiễn

bởi Silja Klepp, Libertad Chavez-Rodriguez
Tập chỉnh sửa này tập hợp các nghiên cứu quan trọng về các diễn ngôn, chính sách và thực tiễn thích ứng với biến đổi khí hậu từ góc độ đa ngành. Dựa trên các ví dụ từ các quốc gia bao gồm Colombia, Mexico, Canada, Đức, Nga, Tanzania, Indonesia và Quần đảo Thái Bình Dương, các chương mô tả cách các biện pháp thích ứng được diễn giải, chuyển đổi và thực hiện ở cấp cơ sở và cách các biện pháp này thay đổi hoặc can thiệp quan hệ quyền lực, số nhiều pháp lý và kiến ​​thức địa phương (sinh thái). Nhìn chung, cuốn sách thách thức các quan điểm về thích ứng biến đổi khí hậu bằng cách tính đến các vấn đề đa dạng văn hóa, công bằng môi trường và nhân quyền, cũng như các phương pháp tiếp cận nữ quyền hoặc giao thoa. Cách tiếp cận sáng tạo này cho phép phân tích các cấu hình mới về kiến ​​thức và sức mạnh đang phát triển nhân danh thích ứng biến đổi khí hậu. Có sẵn trên Amazon

Từ Nhà xuất bản:
Mua hàng trên Amazon để giảm chi phí mang lại cho bạn InsideSelf.comelf.com, MightyNatural.com, và ClimateImpactNews.com miễn phí và không có nhà quảng cáo theo dõi thói quen duyệt web của bạn. Ngay cả khi bạn nhấp vào một liên kết nhưng không mua các sản phẩm được chọn này, bất kỳ thứ gì khác bạn mua trong cùng một lượt truy cập trên Amazon đều trả cho chúng tôi một khoản hoa hồng nhỏ. Không có chi phí bổ sung cho bạn, vì vậy hãy đóng góp cho nỗ lực. Bạn cũng có thể sử dụng liên kết này sử dụng cho Amazon bất cứ lúc nào để bạn có thể giúp hỗ trợ những nỗ lực của chúng tôi.