Rainwater harvesting and reuse and rainwater runoff in Barcelona thanks to the WSUDs (Water Sensitive Urban Design Systems)

Abstract

El diseño urbano sensible al agua (WSUD) es un enfoque para planificar y diseñar áreas urbanas para hacer uso de este valioso recurso y reducir el daño que causa a nuestros ríos y arroyos”. Los WSUD (sistemas de diseño urbano sensibles al agua) intentan integrar el ciclo urbano del agua en el diseño urbano para mejorar el comportamiento ambiental en la urbanización de las ciudades. Cuando urbanizamos transformamos superficies permeables en superficies impermeables. Con WSUD se implementan superficies permeables.La presencia de agua debería permitir la recolección de agua de lluvia, disminuir la escorrentía de agua y mejorar el comportamiento térmico de las superficies. Las dos primeras hipótesis se mostrarán en esta investigación. Por lo tanto, la pregunta principal es: ¿podría ser posible reducir el consumo de agua y la escorrentía del agua de lluvia gracias a las WSUD en la ciudad de Barcelona? Este documento muestra un caso de estudio tratando de responder esta pregunta en un área de inundación. La última pregunta, sobre el comportamiento térmico de las superficies, se explicó el año pasado en el CTV '2018. Estos dos artículos son parte de la tesis actual tomada por el autor de la cual el Dr.Josep Roca y la Dra.Dolors Martínez están tutorizando. Esta parte de la investigación utiliza una metodología de cálculo (mientras que el Congreso CTV2018 mostró una metodología experimental).A medida que el cambio climático prevea lluvias más intensas en nuestro territorio, se utilizarán las últimas curvas IDF registradas por el Observatorio Fabra en lugar de las curvas IDF calculadas con MaxPluWin anteriormente por el autor debido a que las Fabra son más precisas. Se tomarán algunas consideraciones al usar la "lluvia del proyecto" para acercarla a la pluviometría real. Por lo tanto, el período de reserva del depósito de agua tendrá que modificarse en el futuro y las inundaciones en las calles podrían aumentar.Tratando de mejorar los efectos de inundación, la escasez de agua y el efecto de isla de calor, los WSUD con mejor efecto térmico podrían usarse en algunos casos para recolectar agua de lluvia y reducir la escorrentía del agua de lluvia. Este mejor efecto térmico significa que la temperatura de la superficie de WSUD, en algunos casos, es más baja en verano que la temperatura ambiental2.Esta implementación de WSUD se puede utilizar como una práctica de microacupuntura urbanística. La escorrentía del agua de lluvia también llega a la estación central de depuración mucho más contaminada después de la urbanización si no se consideran las WSUD. Por lo tanto, los WSUD permiten mejorar la calidad del agua cuando llega a la planta de tratamiento de agua y reducir la energía en su transporte a las plantas de tratamiento de aguas residuales.Otra pregunta es en qué área es mejor cosechar agua si necesitamos una buena calidad de agua. Será posible tratarlo, siempre o con hipoclorito o con ozono, pero la cantidad de moléculas necesarias si necesitamos limpiar el agua de lluvia mezclada con aceite o gasolinas o sin ellas es mucho menor. También los estudios de calidad del agua en techos azules o techos verde-azul muestran que el mejor sistema de construcción es un techo verde-azul. Se ha estudiado anteriormente, aunque no se explicará en este documento por no ser el objetivo principal.La investigación se centra en trabajar en las áreas más inundadas de Barcelona cambiando las superficies impermeables por otras permeables para que el agua de lluvia sea reutilizada y eliminada de las calles. En el área estudiada, los resultados muestran una cantidad de agua no despreciable que podría suministrar algunos usos domésticos de las viviendas en el área de inundación, en este caso de estudio.Aunque reducir el agua de lluvia con WSUD no es nuevo para el Municipio de Barcelona, usar sus construcciones como un sistema complementario para reducir el consumo de agua en la ciudad usando sistemas que, al mismo tiempo, reducen las temperaturas de la superficie, son valores agregados estudiados en este documento. Actualmente, Barcelona tiene algunos WSUD en algunas áreas solo para minimizar la escorrentía del agua de lluvia, pero reduce el consumo de agua gracias a las aguas freáticas. El caso de estudio muestra una alternativa, otra forma de reducir la escorrentía del agua de lluvia y el consumo de agua al tiempo que mejora las temperaturas de la superficie de la ciudad.Breve, esta comunicación preliminar intenta mostrar cómo podríamos reducir el consumo de agua, la escorrentía del agua de lluvia y el efecto de "isla de calor" gracias a los sistemas de construcción de WSUD. El disseny urbà sensible a l'aigua (WSUD) és un enfocament per planificar i dissenyar àrees urbanes per fer ús d'aquest valuós recurs i reduir el dany que causa als nostres rius i rierols ". Els WSUD (sistemes de disseny urbà sensibles a l'aigua) intenten integrar el cicle urbà de l'aigua en el disseny urbà per millorar el comportament ambiental a la urbanització de les ciutats. Quan urbanitzem, transformem superfícies permeables en superfícies impermeables. Amb WSUD s'implementen superfícies permeables.La presència d'aigua hauria de permetre la recollida d'aigua de pluja, disminuir l'escorrentia d'aigua i millorar el comportament tèrmic de les superfícies. Les dues primeres hipòtesis es mostraran en aquesta investigació. Per tant, la pregunta principal és: ¿podria ser possible reduir el consum d'aigua i el vessament de l'aigua de pluja gràcies a les WSUD a la ciutat de Barcelona? Aquest document mostra un cas d'estudi tractant de respondre aquesta pregunta en una àrea d'inundació. L'última pregunta, sobre el comportament tèrmic de les superfícies, es va explicar l'any passat al CTV '2018. Aquests dos articles són part de la tesi actual presa per l'autor de la qual el Dr. Josep Roca i la Dra. Dolors Martínez estan tutoritzant. Aquesta part de la investigació utilitza una metodologia de càlcul (mentre que el Congrés CTV2018 va mostrar una metodologia experimental).A mesura que el canvi climàtic prevegi pluges més intenses en el nostre territori, s'utilitzaran les últimes corbes IDF registrades per l'Observatori Fabra en lloc de les corbes IDF calculades amb MaxPluWin anteriorment per l'autor pel fet que les Fabra són més precises. Es prendran algunes consideracions a l'usar la "pluja del projecte" per acostar-la a la pluviometria real. Per tant, el període de reserva de el dipòsit d'aigua haurà de modificar-se en el futur i les inundacions als carrers podrien augmentar.Tractant de millorar els efectes d'inundació, l'escassetat d'aigua i l'efecte d'illa de calor, els WSUD amb millor efecte tèrmic podrien usar-se en alguns casos per recol·lectar aigua de pluja i reduir el vessament de l'aigua de pluja. Aquest millor efecte tèrmic vol dir que la temperatura de la superfície de WSUD, en alguns casos, és més baixa a l'estiu que la temperatura ambiental2.Aquesta implementació de WSUD es pot utilitzar com una pràctica de microacupuntura urbanística. El vessament de l'aigua de pluja també arriba a l'estació central de depuració molt més contaminada després de la urbanització si no es consideren les WSUD. Per tant, els WSUD permeten millorar la qualitat de l'aigua quan arriba a la planta de tractament d'aigua i reduir l'energia en el seu transport a les plantes de tractament d'aigües residuals.Una altra pregunta és en quina àrea és millor collir aigua si necessitem una bona qualitat d'aigua. Serà possible tractar-lo, sempre o amb hipoclorit o amb ozó, però la quantitat de molècules necessàries si necessitem netejar l'aigua de pluja barrejada amb oli o gasolines o sense elles és molt menor. També els estudis de qualitat de l'aigua en sostres blaus o sostres verd-blau mostren que el millor sistema de construcció és un sostre verd-blau. S'ha estudiat anteriorment, encara que no s'explicarà en aquest document per no ser l'objectiu principal.La investigació se centra a treballar en les àrees més inundades de Barcelona canviant les superfícies impermeables per altres permeables perquè l'aigua de pluja sigui reutilitzada i eliminada dels carrers. A l'àrea estudiada, els resultats mostren una quantitat d'aigua no menyspreable que podria subministrar alguns usos domèstics dels habitatges a l'àrea d'inundació, en aquest cas d'estudi.Encara reduir l'aigua de pluja amb WSUD no és nou per al Municipi de Barcelona, usar les seves construccions com un sistema complementari per reduir el consum d'aigua a la ciutat usant sistemes que, a el mateix temps, redueixen les temperatures de la superfície, són valors agregats estudiats en aquest document. Actualment, Barcelona té alguns WSUD en algunes àrees només per minimitzar el vessament de l'aigua de pluja, però redueix el consum d'aigua gràcies a les aigües freàtiques. El cas d'estudi mostra una alternativa, una altra forma de reduir l'escorrentia de l'aigua de pluja i el consum d'aigua a el temps que millora les temperatures de la superfície de la ciutat.Breu, aquesta comunicació preliminar intenta mostrar com podríem reduir el consum d'aigua, el vessament de l'aigua de pluja i l'efecte de "illa de calor" gràcies als sistemes de construcció de WSUD. Water sensitive urban design (WSUD) is an approach to planning and designing urban areas to make use of this valuable resource and reduce the harm it causes to our rivers and creeks” WSUDs (Water Sensitive Urban Design Systems) try to integrate the urban water cycle in the urban design to improve the environmental behavior in the urbanization of the cities. When we urbanize we transform pervious surfaces into impervious surfaces. With WSUDs pervious surfaces are implemented.Water presence should allow rainwater harvesting, decrease water runoff and improve surfaces thermal behavior. The two first hypothesis will be shown in this research. Thus the main question is: could it be possible to reduce water consumption and rainwater runoff thanks to WSUDs in the city of Barcelona? This paper shows a study case trying to answer this question in a flood area. The last question, about surfaces thermal behavior was explained last year in the CTV’2018. This two articles are a part of the current thesis taken by the author of which Dr.Josep Roca and Dr.Dolors Martínez are tutoring. This part of the research uses a calculation methodology (while the CTV2018 Congress showed an experimental methodology).As climate change preview more intense rains in our territory the last IDF curves registered by the Fabra Observatory will be used instead of the IDF curves calculated with the MaxPluWin previously by the author due to the fact that the Fabra ones are more precise. Some considerations will be taking when using the “project rain” in order to approach it to the real pluviometry. Thus, reserve period of the water depos will have to be modified in the future and floods in the streets might be increased.Trying to improve flood effects, water scarcity and the heat island effect, the WSUDs with better thermal effect could be used in some cases harvesting rainwater and reducing the rainwater runoff. This better thermal effect means that WSUDs surface temperature, in some cases, is lower in summer than the environmental temperature2.This WSUDs implementation can be used as an urbanistic micro-acupuncture practice. Rainwater runoff also gets to the depuration central station much more polluted after urbanizing if WSUDs are not considered. Therefore, WSUDs allow to improve water quality when it arrives to the water treatment plant as well and reduce energy in its transportation to the sewage treatment plants.Another question is in which area is better to harvest water if we need a good water quality. It will be possible to treat it, always or with hypochlorite or with ozone but the numbers of molecules required if we need to clean rainwater mixed up with oil or gasolines or without them reduce are much less. Also studies of water quality in blue roofs or green-blue roofs show that the best construction system is a green-blue roof. It’s been studied previously although it won’t be explained in this paper for not being the main goal.The research is focused to work on the most flooded areas in Barcelona by changing impervious surfaces into pervious ones getting rainwater to be reused and removed from the streets. In the studied area results show a not negligible water quantity which could supply some domestic uses of the dwellings in the flood area, in this study case.Although reducing rainwater with WSUDs is not new for the Barcelona Municipality, using their constructions as a complementary system to reduce water consumption in the city using systems which, at the same time, reduce surface temperatures, are added values studied in this paper. Currently Barcelona has some WSUDs in some areas just to minimize rainwater runoff but reduces water consumption thanks to phreatic waters. The study case shows an alternative, another way to reduce rainwater runoff and water consumption while improving surface temperatures of the city.Brief, this preliminary communication tries show how we could reduce water consumption, rainwater runoff and “heat island” effect thanks to the WSUDs construction systems.