Compared performance of a conceptual and a mechanistic hydrologic models of a green roof

Abstract

Abstract:In order to investigate the hydrologic response of a green roof system within the urban environment, a monitoring campaign is carried out at the green roof site of the University of Genova (Italy). Experimental data confirm that the green roof is able to significantly mitigate the generation of runoff with median values of retained volume and peak reduction, respectively, equal to 94 and 98%. A conceptual linear reservoir and a simple mechanistic (Hydrus-1D) models are implemented to simulate the hydrologic behaviour of the system; each model is calibrated and validated based on experimental data collected at the green roof site. The hydrographs simulated with both hydrologic models reproduce with acceptable matching capabilities the experimental measurements, as confirmed by the Nash-Sutcliffe Efficiency index generally greater than 0Ð60. Although the relative percentage differences evaluated for the selected hydrograph variables (the total effluent volume, the peak flow rate and the hydrograph centroid) demonstrate that the mechanistic model is more accurate, prediction errors of the conceptual model are generally limited when compared with the observed hydrologic performance. Results of the present comparison are useful in supporting conceptual model selection in case the hydrologic response is addressed for hydrologic performance assessment.

Using a Hydrological Model to Simulate the Performance and Estimate the Runoff Coefficient of Green Roofs in Semiarid Climates

“…[16] evaluated the storm water response for different substrate depths of green roofs, but only on the basis of simulations. Other studies used a very limited number of tested configurations (1 to 3) for the validation of the green roof model [19][20][21]. In order to overcome the limitations of the HYDRUS model, [19] developed a new hydrological model by coupling a substrate layer (HYDRUS-1D model) with a storage layer in order to predict the irrigation requirement of green roofs.…”

Wpływ Wysokości Opadów Na Wielkość I Szybkość Odpływu Wód Z Dachów Zielonych

“…Według licznych prognoz efektem tych zmian będzie zwiększenie częstotliwości pojawiania się ekstremalnych zjawisk pogodowych, takich jak gwałtowne i nawalne deszcze [2,3]. Z kolei, rozwój miast i związany z tym wzrost powierzchni nieprzepuszczalnych zaburza obieg wody w środowisku, w wyniku czego następuje obniżenie poziomu wód gruntowych, nadmierne przesuszenie gruntu, zmniejszenie wilgotności powietrza oraz intensyfikacja odpływu wód opadowych [4][5][6]. Tradycyjne metody ich zagospodarowania, polegające na jak najszybszym odprowadzeniu wód do systemu kanalizacyjnego mogą być przyczyną występowania ciśnieniowych przepływów, zwiększania krotności działania przelewów burzowych oraz pojawienia się powodzi miejskich [7][8][9].…”

Study on the Runoff Generation Mechanism of Green Roofs under Stormwater Scenarios

“…11.64 亿元的经济损失 [1] 。 为了减轻城市洪水的灾害，人们采取了池塘、雨 水收集池、绿化屋顶等很多暴雨控制措施(SCMs) [2,3] 。 在这些措施中，绿化屋顶因其使用屋顶空间影响较小 而在北美 [2,[4][5][6] 、欧洲 [7][8][9][10][11] 、东亚 [12] [10] 、降雨强度和历时 [17] 、 蒸发强度 [18] )， 绿化屋顶在各地区的水文表现也各不相 同。除了当地气候条件，绿化屋顶的结构与性质同样 影响其水文表现，例如，基质层厚度与倾角对绿化屋 顶的水分持蓄能力有明显的影响 [16,19] 。另外，绿化屋 顶所选植被也会影响其延滞径流的能力 [20] 。 现场试验与数值模拟是研究绿化屋顶的两种主要 手段。根据现场试验，许多之前的研究建立了径流特征 (径流量、径流初值延滞时间、径流峰值延滞时间)与降…”

“…系 [2,4,7,21] 。与这些经验关系相比，基于物理过程的数值 模型能够模拟绿化屋顶内的流体运动， 因而已被许多学 者使用。例如基于 Richards 方程的 HYDRUS-1D [22] 和 SWMM-2D [9] 模型被广泛用于评价绿化屋顶的水文表现。 一些简单模型如 Green-Ampt 入渗方程 [23] 也会被使用。 尽管目前文献中已经使用了多种经验关系、 数值方 法来评价绿化屋顶的水文表现， 但目前仍然没有一种简 单的基于物理过程的方法。此前有研究证明，降雨量 P 与径流量 R 之间的经验关系可以有效评价绿化屋顶的 水分持蓄能力 [4,7] 。同时，我们注意到大多数绿化屋顶 现场试验都在一点或多点观测了土壤含水量， 但这一变 。在 HYDRUS-1D 中，多孔介质中水分垂 …”