Введение

Искусственные сооружения, такие как мощеные поверхности, покрытые водонепроницаемыми материалами.

Непроницаемыми поверхностями в основном являются искусственные сооружения – такие как покрытия (дороги, тротуары, подъездные пути и парковки, а также промышленные зоны, такие как аэропорты, порты и логистические и распределительные центры, все из которых используют значительные площади с твердым покрытием) – покрытые водостойкими материалами, такими как асфальт, бетон, кирпич, камень, а также крыши. Уплотненные в результате городской застройки почвы также обладают высокой непроницаемостью.

Снижение воздействия на окружающую среду

Покрытие непроницаемыми поверхностями может быть ограничено путем ограничения плотности землепользования (например, количества домов на акр в жилом массиве), однако этот подход приводит к освоению земель в других местах (за пределами жилого массива) для размещения растущего населения. (См. разрастание городов.) В качестве альтернативы, городские сооружения могут быть построены иным образом, чтобы функционировать подобно естественным проницаемым почвам; примерами таких альтернативных сооружений являются пористые покрытия, зеленые крыши и инфильтрационные бассейны. Дождевую воду с непроницаемых поверхностей можно собирать в резервуары для дождевой воды и использовать вместо водопроводной. Остров Каталина, расположенный к западу от порта Лонг-Бич, приложил значительные усилия для сбора дождевой воды, чтобы снизить стоимость транспортировки с материка. Отчасти в ответ на недавнюю критику со стороны муниципалитетов, ряд производителей бетона, таких как CEMEX и Quikrete, начали производить проницаемые материалы, которые частично смягчают негативное воздействие традиционного непроницаемого бетона на окружающую среду. Эти новые материалы состоят из различных комбинаций природных твердых веществ, включая мелко- и крупнозернистые горные породы и минералы, органические вещества (включая живые организмы), лед, выветренные горные породы и осадочные породы, жидкости (преимущественно водные растворы) и газы. Пандемия COVID-19 породила предложения о радикальных изменениях в организации городов, одним из элементов которых является резкое сокращение площади непроницаемых поверхностей и восстановление проницаемости почвы.

Процентная непроницаемость

Процентная непроницаемость, обычно называемая PIMP в расчетах, является важным фактором при рассмотрении дренажа воды. Она рассчитывается путем измерения процента площади водосбора, состоящего из непроницаемых поверхностей, таких как дороги, крыши и другие мощеные поверхности. Оценка PIMP дается формулой PIMP = 6,4J^0,5, где J – число жилых домов на гектар (Butler and Davies 2000). Например, лесная местность имеет значение PIMP 10%, в то время как плотно застроенные коммерческие районы – 100%. Эта переменная используется в Руководстве по оценке паводковой опасности. [[Файл:График покрытия непроницаемых поверхностей в США.png|thumb|right|График покрытия непроницаемых поверхностей в США.

Общая непроницаемая площадь

Общая непроницаемая площадь (TIA), часто называемая непроницаемым покрытием (IC) в расчетах, может быть выражена в виде дроби (от нуля до единицы) или процента. Существует множество методов оценки TIA, включая использование Национального набора данных о земельном покрытии (NLCD) с географической информационной системой (GIS), категорий землепользования с категориальными оценками TIA, обобщенного процента застроенной территории и взаимосвязей между плотностью населения и TIA. Встречаются существенные различия между фактическими и оценочными значениями TIA в различных исследованиях, представленных в литературе. Понятия низкой и высокой плотности могут различаться в зависимости от региона. Плотность жилой застройки в пол-акра на дом может классифицироваться как высокая в сельской местности, средняя – в пригороде и низкая – в городе (Гранато, 2010). Саутард (1986) определил незастроенные территории как природные, сельскохозяйственные или районы с редкой жилой застройкой. Он разработал регрессионное уравнение для прогнозирования TIA на основе процента застроенной территории (таблица 6.1). Уравнение было построено с использованием логарифмической степенной функции на основе данных из 23 водосборных бассейнов в штате Миссури. Он отметил, что данный метод удобен тем, что позволяет быстро очерчивать большие бассейны и вручную оценивать TIA по имеющимся картам. (Гранато, 2010) (Гранато, 2010) (Гранато, 2010). Обнаружение непроницаемых территорий с использованием глубокого обучения в сочетании со спутниковыми изображениями стало революционным методом в дистанционном зондировании и мониторинге окружающей среды. Алгоритмы глубокого обучения, в частности сверточные нейронные сети (CNN), коренным образом изменили наши возможности по идентификации и количественной оценке непроницаемых поверхностей по спутниковым снимкам высокого разрешения. Эти модели способны автоматически извлекать сложные пространственные и спектральные признаки, что позволяет им с высокой точностью различать непроницаемые и проницаемые поверхности.

Естественная непроницаемая зона

Природные непроницаемые участки определяются здесь как типы земной поверхности, способные генерировать значительный сток во время как небольших, так и крупных штормов, но обычно классифицируемые как проницаемые. Предоставляется статистика по типам земной поверхности, которую можно использовать в качестве качественной оценки распространенности различных типов, способных функционировать как естественные непроницаемые участки. Открытые водоемы могут функционировать как естественные непроницаемые участки, если прямой осадок направляется по сети водотоков и достигает интересующего участка в виде штормового стока. Болота могут функционировать как естественные непроницаемые участки во время штормов, когда сброс грунтовых вод и поверхностный сток насыщения составляют существенную долю штормового стока. Бедная растительностью почва в прибрежных зонах может функционировать как естественный непроницаемый участок во время штормов, поскольку эти зоны являются источником избыточного поверхностного стока вследствие инфильтрации. Кажущиеся проницаемыми участки, подвергшиеся воздействию строительной деятельности, могут функционировать как непроницаемые участки и генерировать избыточный поверхностный сток вследствие инфильтрации. Такой сток может возникать даже во время штормов, которые не соответствуют критериям объема или интенсивности осадков для образования стока, основанным на номинальных показателях инфильтрации. Развитые проницаемые участки могут вести себя как непроницаемые, поскольку строительство и последующее использование приводят к уплотнению почвы и снижению скорости инфильтрации. Например, Фелтон и Лулл (1963) измерили скорость инфильтрации в лесных почвах и на газонах, показав потенциальное снижение инфильтрации на 80% в результате строительной деятельности. Аналогично, Тейлор (1982) провел инфильтрационные испытания на участках до и после пригородного строительства и отметил, что изменение верхнего слоя почвы и уплотнение, вызванные строительством, снизили скорость инфильтрации более чем на 77%.