Temperature and water regime, and runoff water quality of planted roofs

Abstract

In this PhD dissertation, three general benefits of planted roofs in Estonian climatic conditions are investigated. The temperature regime is analyzed on an existing LWA-based green roof (100 mm) and on a sod roof (150 mm) to determine the differences from typical planted roofs. In addition, 1x1.5 m roof plots were constructed and studied to see how non-insulated planted roofs acted in a cooler period. Three rainfall events and snow cover melting were measured. The runoff water quality of LWA-based green roofs and sod roofs was analyzed and compared with precipitation and conventional roofs to find at which scale water quality may appear. The measurement period was from June 2004 to April 2009. The investigations showed that planted roofs are sufficiently effective in Estonian climatic conditions. The green roof can provide a base roof with effective protection against the influence of intensive solar radiation. In summer and winter, temperatures under both the green roof and the sod roof showed a similar temperature run. In autumn and spring, the sod roof’s soil layer showed higher temperatures and lower amplitude than the green roof’s substrate layer. The studied green roof effectively retained light rain but cannot fully retain heavy rainstorm. Runoff water results showed that vegetated roofs influenced water quality to a considerable degree. While the temperature regime of the planted roofs has been investigated sufficiently, further investigations in fields of water quantity and quality are required to draw definite conclusions regarding the capability of planted roofs to retain water and improve water quality in Estonian climatic conditions. Käesoleva doktoritöö eesmärk on analüüsida katusehaljastuse kolme põhilist kasutegurit Eesti kliimas. Temperatuurirežiimi uuriti kergmuru- (100 mm) ja mätaskatusel (150 mm) eesmärgiga hinnata kahe tüüpilise haljaskatuse temperatuuri kõikumist alandavat mõju. Samuti teostati temperatuuriuuringud alt soojustamata 1x1.5 m suurustel katseplatvormidel. Veerežiimi jälgiti kolme vihmasaju ning lume sulaperioodi ajal eesmärgiga hinnata rohekatuste vee äravoolu hulka vähendavat ja algust edasilükkavat võimet. Veekvaliteedi analüüse võeti kergmurukatustelt ning mätaskatustelt, võrreldes neid sademete ning võrdluskatuste tulemustega eesmärgiga leida, millises skaalas võib vee kvaliteet varieeruda. Uuringud toimusid juunist 2004 kuni aprillini 2009. Teostatud uurimused näitasid, et haljaskatused on Eesti kliimatingimustes piisavalt efektiivsed. Tulemustest saab järeldada, et võrreldes tavakatustega on nii kergmuru- kui mätaskatus võimelised vähendama temperatuurikõikumiste mõju aluskatusele. Kahe tüübi tulemused olid suvel ja talvel sarnased, sügisel ja kevadel oli mätaskatuse pinnase temperatuur kõrgem ja väiksema amplituudiga. Vee kinnipidamisvõime tulemused näitasid, et haljaskatus suudab kinni pidada nõrga vihma, kuid paduvihma substraat kinni hoida ei suuda. Mõlemad haljaskatuste tüübid omavad sõltuvalt teguritest märkimisväärset mõju nõrgvee kvaliteedile. Kindlamate järelduste tegemiseks haljaskatuste efektiivsuse kohta Eesti tingimustes on vajalik teostada põhjalikumaid uuringuid igas valdkonnas, eeskätt aga nõrgvee kvantiteedi ning kvaliteedi osas.