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Los estacionamientos son muy impermeables.

Las superficies impermeables son principalmente estructuras artificiales, como aceras ( carreteras , aceras , entradas de vehículos y estacionamientos , así como áreas industriales como aeropuertos , puertos y centros de logística y distribución , todos los cuales utilizan áreas pavimentadas considerables) que están cubiertas por agua. materiales resistentes como asfalto , hormigón , ladrillo , piedra y tejados . Suelos compactados por el desarrollo urbano también son muy impermeables.

Efectos ambientales [ editar ]

Las superficies impermeables son una preocupación ambiental porque, con su construcción, se inicia una cadena de eventos que modifica los recursos hídricos y aéreos urbanos:

  • Los materiales del pavimento sellan la superficie del suelo , eliminando la infiltración de agua de lluvia y la recarga natural del agua subterránea . De un artículo reciente del Seattle Times : "Si bien las áreas urbanas cubren solo el 3 por ciento de los Estados Unidos, se estima que su escorrentía es la principal fuente de contaminación en el 13 por ciento de los ríos, el 18 por ciento de los lagos y el 32 por ciento de los estuarios". [1]
Algunos de estos contaminantes incluyen el exceso de nutrientes de los fertilizantes ; desechos de mascotas patógenos ; gasolina , aceite de motor y metales pesados de vehículos; altas cargas de sedimentos de la erosión del lecho de los arroyos y sitios de construcción , y desechos como colillas de cigarrillos, soportes para paquetes de 6 y bolsas de plástico transportadas por las oleadas de aguas pluviales . En algunas ciudades, las aguas de la inundación llegan a las alcantarillas combinadas , provocando que se desborden y arrojen sus aguas residuales sin tratar a los arroyos. La escorrentía contaminada puede tener muchos efectos negativos en peces, animales, plantas y personas.
  • Las superficies impermeables recogen el calor solar en su densa masa. Cuando se libera el calor, aumenta la temperatura del aire, produciendo "islas de calor" urbanas y aumentando el consumo de energía en los edificios. La escorrentía cálida de las superficies impermeables reduce el oxígeno disuelto en el agua de los arroyos, lo que dificulta la vida en los ecosistemas acuáticos .
  • Los pavimentos impermeables privan a las raíces de los árboles de la aireación, eliminando el "bosque urbano" y la sombra del dosel que de otra manera moderaría el clima urbano. Debido a que las superficies impermeables desplazan la vegetación viva, reducen la productividad ecológica e interrumpen el ciclo del carbono atmosférico .
La mayoría de los tejados urbanos son completamente impermeables.

La cobertura total de superficies impermeables en un área, como un municipio o una cuenca hidrográfica, generalmente se expresa como un porcentaje de la superficie terrestre total. La cobertura aumenta con el aumento de la urbanización . En las zonas rurales, la cobertura impermeable puede ser solo del uno o dos por ciento. En las áreas residenciales, la cobertura aumenta de alrededor del 10 por ciento en las subdivisiones de baja densidad a más del 50 por ciento en las comunidades multifamiliares. En áreas industriales y comerciales, la cobertura supera el 70 por ciento. En los centros comerciales regionales y las áreas urbanas densas, supera el 90 por ciento. En los 48 estados contiguos de los EE. UU., La cubierta impermeable urbana suma 43,000 millas cuadradas (110,000 km²), un área casi del tamaño del estado de Ohio.. El desarrollo continuo agrega otro cuarto de millón de acres (1,000 km²) cada año. Por lo general, dos tercios de la cubierta son pavimentos y un tercio son techos de edificios. [2]

Mitigación de impactos ambientales [ editar ]

Vía de tranvía verde en Belgrado, Serbia

La cobertura de superficie impermeable se puede limitar restringiendo la densidad del uso de la tierra (como un número de viviendas por acre en una subdivisión), pero este enfoque hace que se desarrolle tierra en otros lugares (fuera de la subdivisión) para acomodar a la población en crecimiento. (Ver expansión urbana ) . Alternativamente, las estructuras urbanas se pueden construir de manera diferente para que funcionen más como suelos naturalmente permeables; ejemplos de tales estructuras alternativas son los pavimentos porosos , los techos verdes y las cuencas de infiltración .

El agua de lluvia de superficies impermeables se puede recolectar en tanques de agua de lluvia y usarse en lugar del agua principal. La isla de Catalina ubicada al oeste del puerto de Long Beach ha realizado un gran esfuerzo para capturar la lluvia para minimizar el costo de transporte desde el continente.

En parte como respuesta a las críticas recientes de los municipios , varios fabricantes de concreto como CEMEX y Quikrete han comenzado a producir materiales permeables que mitigan en parte el impacto ambiental del concreto impermeable convencional. Estos nuevos materiales se componen de varias combinaciones de sólidos de origen natural que incluyen rocas y minerales de grano fino a grueso , materia orgánica (incluidos los organismos vivos ), hielo , rocas meteorizadas y precipitados , líquidos principalmente soluciones de agua y gases . [3]La pandemia COVID-19 dio origen a propuestas de cambio radical en la organización de la ciudad [4], siendo la reducción drástica de la presencia de superficies impermeables y la recuperación de la permeabilidad del suelo uno de los elementos.

Más información: Urbanización de bajo impacto (Canadá / EE. UU.) Y pavimento permeable


Porcentaje de impermeabilidad [ editar ]

Porcentaje de superficie impermeable en varias ciudades

El porcentaje de impermeabilidad, comúnmente denominado PIMP en los cálculos, es un factor importante al considerar el drenaje de agua. Se calcula midiendo el porcentaje de un área de captación que está formada por superficies impermeables como carreteras, techos y otras superficies pavimentadas. Una estimación de PIMP viene dada por PIMP = 6.4J ^ 0.5 donde J es el número de viviendas por hectárea (Butler y Davies 2000). Por ejemplo, los bosques tienen un valor de PIMP del 10%, mientras que las áreas comerciales densas tienen un valor de PIMP del 100%. Esta variable se utiliza en el Manual de estimación de inundaciones .

Gráfico de cobertura de superficie impermeable en EE. UU. [5] [6]

Homer y otros (2007) indican que alrededor del 76 por ciento de los Estados Unidos contiguos se clasifican con menos del 1 por ciento de cobertura impermeable, 11 por ciento con cobertura impermeable del 1 al 10 por ciento, 4 por ciento con una cobertura impermeable estimada del 11 al 20 por ciento. , 4,4 por ciento con una cobertura impermeable estimada del 21 al 40 por ciento, y alrededor del 4,4 por ciento con una cobertura impermeable estimada superior al 40 por ciento. [5] [6]

Área impermeable total [ editar ]

El área impermeable total (TIA), comúnmente conocida como cubierta impermeable (IC) en los cálculos, se puede expresar como una fracción (de cero a uno) o un porcentaje. Existen muchos métodos para estimar la TIA, incluido el uso del Conjunto de datos de cobertura terrestre nacional (NLCD) [7] con un sistema de información geográfica (SIG), categorías de uso de la tierra con estimaciones categóricas de TIA, un porcentaje de área desarrollada generalizada y relaciones entre densidad de población y TIA. [6]

El conjunto de datos de superficies impermeables del NLCD de EE. UU. Puede proporcionar un conjunto de datos de cobertura terrestre de alta calidad y coherente a nivel nacional en un formato listo para SIG que se puede utilizar para estimar el valor de TIA. [6] El NLCD cuantifica constantemente el porcentaje de TIA antropogénico para el NLCD a una resolución de píxeles de 30 metros (900 m2) en todo el país. Dentro del conjunto de datos, cada píxel se cuantifica teniendo un valor de TIA que varía de 0 a 100 por ciento. Las estimaciones de TIA realizadas con el conjunto de datos de superficie impermeable NLCD representan un valor de TIA agregado para cada píxel en lugar de un valor de TIA para una característica impermeable individual. Por ejemplo, una de dos carriles de carreterasen un campo de hierba tiene un valor de TIA del 100 por ciento, pero el píxel que contiene la carretera tendría un valor de TIA del 26 por ciento. Si la carretera (igualmente) se extiende a ambos lados del límite de dos píxeles, cada píxel tendría un valor TIA del 13 por ciento. El análisis de la calidad de los datos del conjunto de datos de NLCD 2001 con áreas de muestra de TIA delimitadas manualmente indica que el error promedio de TIA pronosticado frente a real puede oscilar entre el 8,8 y el 11,4 por ciento. [5]

Las estimaciones de TIA del uso de la tierra se realizan identificando categorías de uso de la tierra para grandes bloques de tierra, sumando el área total de cada categoría y multiplicando cada área por un coeficiente de TIA característico. [6] Las categorías de uso de la tierra se utilizan comúnmente para estimar la TIA porque las áreas con un uso común de la tierra se pueden identificar a partir de estudios de campo, mapas, información de planificación y zonificación y de imágenes remotas. Los métodos de coeficiente de uso de la tierra se utilizan comúnmente porque los mapas de planificación y zonificación que identifican áreas similares están, cada vez más, disponibles en formatos GIS. Además, los métodos de uso de la tierra se seleccionan para estimar los efectos potenciales del desarrollo futuro en TIA con mapas de planificación que cuantifican los cambios proyectados en el uso de la tierra. [8]Existen diferencias sustanciales en las estimaciones de TIA reales y estimadas de diferentes estudios en la literatura. Términos como baja densidad y alta densidad pueden diferir en diferentes áreas. [9] Una densidad residencial de medio acre por casa puede clasificarse como alta densidad en un área rural, densidad media en un área suburbana y baja densidad en un área urbana. Granato (2010) [6] proporciona una tabla con valores de TIA para diferentes categorías de uso de la tierra de 30 estudios en la literatura.

El porcentaje de área desarrollada (PDA) se usa comúnmente para estimar el TIA manualmente usando mapas. [6] El Consorcio de Características de la Tierra de Resoluciones Múltiples (MRLCC) define un área desarrollada como cubierta por al menos el 30 por ciento de los materiales construidos [10] ). Southard (1986) [11] definió las áreas no desarrolladas como desarrollo residencial natural, agrícola o disperso . Desarrolló una ecuación de regresión para predecir el AIT usando el porcentaje de área desarrollada (tabla 6-1). Desarrolló su ecuación utilizando la función de potencia logarítmica con datos de 23 cuencas en Missouri.. Señaló que este método era ventajoso porque se podían delinear rápidamente grandes cuencas y estimar el TIA manualmente a partir de los mapas disponibles. Granato (2010) [6] desarrolló una ecuación de regresión utilizando datos de 262 cuencas fluviales en 10 áreas metropolitanas de los Estados Unidos limítrofes con áreas de drenaje que oscilan entre 0,35 y 216 millas cuadradas y valores de PDA que oscilan entre 0,16 y 99,06 por ciento.

El TIA también se estima a partir de los datos de densidad de población estimando la población en un área de interés y usando ecuaciones de regresión para calcular el TIA asociado. [6] Se utilizan datos de densidad de población porque los datos de bloques censales coherentes a nivel nacional están disponibles en formatos GIS para todo Estados Unidos. Los métodos de densidad de población también se pueden utilizar para predecir los efectos potenciales del desarrollo futuro. Aunque puede haber una variación sustancial en las relaciones entre la densidad de población y la TIA, la precisión de tales estimaciones tiende a mejorar con el aumento del área de drenaje a medida que se promedian las variaciones locales. [12] Granato (2010) [6]proporciona una tabla con 8 relaciones de densidad de población de la literatura y una nueva ecuación desarrollada utilizando datos de 6.255 cuencas de arroyos en el conjunto de datos del USGS GAGESII. [13] Granato (2010) [6] también proporciona cuatro ecuaciones para estimar la TIA a partir de la densidad de viviendas , que está relacionada con la densidad de población.

Área natural impermeable [ editar ]

Las áreas impermeables naturales se definen aquí como cubiertas de tierra que pueden contribuir con una cantidad sustancial de flujo de tormenta durante tormentas pequeñas y grandes, pero comúnmente se clasifican como áreas permeables. [6] Estas áreas no se consideran comúnmente como una fuente importante de flujo de tormenta en la mayoría de los estudios de calidad de escorrentía de carreteras y ciudades , pero pueden producir una cantidad sustancial de flujo de tormenta. Estas áreas impermeables naturales pueden incluir aguas abiertas, humedales , afloramientos rocosos, suelo estéril (suelos naturales con baja impermeabilidad) y áreas de suelos compactados.. Las áreas impermeables naturales, dependiendo de su naturaleza y condiciones previas, pueden producir un flujo de tormenta debido a la infiltración del exceso de flujo terrestre, el flujo superficial de saturación o la precipitación directa. Se espera que los efectos de las áreas impermeables naturales en la generación de escorrentía sean más importantes en áreas con un TIA bajo que en áreas altamente desarrolladas.

El NLCD [14]proporciona estadísticas de cobertura terrestre que se pueden utilizar como una medida cualitativa de la prevalencia de diferentes cubiertas terrestres que pueden actuar como áreas naturales impermeables. El agua abierta puede actuar como un área impermeable natural si la precipitación directa se enruta a través de la red de canales y llega como flujo de tormenta al sitio de interés. Los humedales pueden actuar como un área impermeable natural durante las tormentas cuando la descarga de agua subterránea y el flujo superficial de saturación son una proporción sustancial del flujo de tormenta. El suelo árido en las áreas ribereñas puede actuar como un área impermeable natural durante las tormentas porque estas áreas son una fuente de infiltración en exceso de los flujos terrestres. Las áreas aparentemente permeables que han sido afectadas por las actividades de desarrollo pueden actuar como áreas impermeables y generar un exceso de infiltración de flujos terrestres.Estos flujos de tormentas pueden ocurrir incluso durante tormentas que no cumplen con los criterios de volumen o intensidad de precipitación para producir escorrentías basadas en tasas de infiltración nominales.

Las áreas permeables desarrolladas pueden comportarse como áreas impermeables porque el desarrollo y el uso posterior tienden a compactar los suelos y reducir las tasas de infiltración. Por ejemplo, Felton y Lull (1963) [15] midieron las tasas de infiltración de suelos forestales y céspedes para indicar una reducción potencial del 80 por ciento en la infiltración como resultado de las actividades de desarrollo. De manera similar, Taylor (1982) [16] realizó pruebas de infiltrómetro en áreas antes y después del desarrollo suburbano y observó que la alteración y compactación de la capa superficial del suelo por las actividades de construcción redujo las tasas de infiltración en más del 77 por ciento.

Ver también [ editar ]

  • Bioswale
  • Hardscape
  • Conductividad hidráulica
  • Suelo hidrofóbico
  • Permeabilidad (fluida)
  • Corteza de suelo
  • Sistemas de drenaje urbano sostenibles

Referencias [ editar ]

  1. ^ Cappiello, Dina. "Informe: EPA no pudo detener la escorrentía expansiva". Seattle Times, 16 de octubre de 2008
  2. ^ Schueler, Thomas R. "La importancia de la impermeabilidad". Archivado el 27 de febrero de 2009 en la Wayback Machine. Reimpreso en The Practice of Watershed Protection. Archivado el 23 de diciembre de 2008 en Wayback Machine 2000. Centro para la protección de cuencas hidrográficas. Ellicott City, MD.
  3. ^ Rosenberg, Carter, 2006, Superficies antiimpermeables: El impacto ecológico de las alternativas concretas , Troy, NY: Luminopf Press.
  4. ↑ Paolini, Massimo (20 de abril de 2020). "Manifiesto por la Reorganización de la Ciudad después del COVID19" . Consultado el 1 de mayo de 2021 .
  5. ^ a b c Homer, C., Dewitz, J., Fry, J., Coan, M., Hossain, N., Larson, C., Herold, N., McKerrow, A., VanDriel, JN y Wickham , J., 2007, Finalización de la base de datos nacional de cobertura terrestre de 2001 para los Estados Unidos contiguos: Ingeniería fotogramétrica y percepción remota, v. 73, no. 4, pág. 337-341.
  6. ^ a b c d e f g h i j k l Granato, GE, 2010, Resumen de los métodos utilizados para estimar la impermeabilidad en una cuenca de drenaje Apéndice 6 en Métodos para el desarrollo de estimaciones a nivel de planificación del flujo de tormentas en sitios no monitoreados en los Estados contiguos Estados : Administración Federal de Carreteras, FHWA-HEP-09-005 "Disponible en línea". Archivado el 6 de septiembre de 2015 en la Wayback Machine.
  7. ^ Conjunto de datos de cobertura terrestre nacional (NLCD)
  8. ^ Cappiella, K. y Brown, K., 2001, Uso de la tierra y cobertura impermeable en la región de la Bahía de Chesapeake: Técnicas de protección de cuencas, v. 3, no. 4, pág. 835-840.
  9. ^ Hitt, KJ, 1994, Refinando los datos de uso de la tierra de 1970 con datos de población de 1990 para indicar un nuevo desarrollo residencial: Informe de investigaciones de recursos hídricos del Servicio geológico de Estados Unidos 94-4250, 15 p.
  10. ^ Agencia de protección del medio ambiente de Estados Unidos, 2009, Esquemas de clasificación de datos de cobertura de suelo nacional (NLCD) "Disponible en línea"
  11. ^ Southard, RE, 1986, Una característica alternativa de la cuenca para su uso en la estimación del área impermeable en las cuencas urbanas de Missouri: Informe de investigaciones sobre recursos hídricos del Servicio geológico de EE. UU. 86-4362, 21 p.
  12. ^ Distrito de alcantarillado y drenaje de Greater Vancouver, 1999, Evaluación de las condiciones actuales y futuras de la cuenca y las cuencas hidrográficas del área de GVS y DD - Burnaby, Vancouver Columbia Británica, Canadá, Distrito de drenaje y alcantarillado de Greater Vancouver, 53 p. disponible en: "Disponible en línea"
  13. ^ Falcone, James, Stewart, J., Sobieszczyk, S., Dupree, J., McMahon, G. y Buell, G., 2007, Una comparación de las características naturales y urbanas y el desarrollo de índices de intensidad urbana en seis entornos: Informe de investigaciones científicas del Servicio Geológico de EE. UU. 2007-5123, 43 p.
  14. ^ Servicio Geológico de Estados Unidos, 2007, Base de datos de estadísticas de cobertura terrestre del Instituto de cubierta terrestre de USGS NLCD - Ver la base de datos de estadísticas de cobertura terrestre NLCD "Disponible en línea"
  15. ^ Felton, PM y Lull, HW, 1963, La hidrología suburbana puede mejorar las condiciones de las cuencas hidrográficas: Journal of Public Works, v. 94, p. 93-94.
  16. ^ Taylor, CH 1982, El efecto sobre la respuesta de la escorrentía de tormentas de las variaciones estacionales en las zonas contribuyentes en las pequeñas cuencas hidrográficas (Ontario): Hidrología nórdica, v. 13, no. 3, pág. 165-182.

Bibliografía [ editar ]

  • Butler, D. y Davies, JW, 2000, Urban Drainage , Londres: Spon.
  • Ferguson, Bruce K. , 2005, Pavimentos porosos , Boca Raton: CRC Press.
  • Frazer, Lance, 2005, Paving Paradise: The Peril of Impervious Surfaces, Environmental Health Perspectives , vol. 113, núm. 7, pág. A457-A462.
  • Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos. Washington DC. "Después de la tormenta." Documento No. EPA 833-B-03-002. Enero de 2003.

Este artículo incorpora material de dominio público de sitios web o documentos del Servicio Geológico de los Estados Unidos y la Administración Federal de Carreteras .

Enlaces externos [ editar ]

  • Presentación de YouTube: el área impermeable total (TIA) afecta el volumen y el tiempo de la escorrentía