Optimizing the placement of wetlands for mitigating the effects of climate change through hydrological connectivity

Autor: Rezvani, Amir
Jazyk: angličtina
Rok vydání: 2024
Předmět:
Druh dokumentu: Text
Popis: Urban expansion and climate change intensify environmental challenges, rendering traditional engineering solutions for water management and flood mitigation increasingly ineffective and economically unfeasible. Nature-based solutions, such as wetlands, are gaining attention for their potential to offer sustainable alternatives by naturally managing water, and supporting biodiversity. Despite their benefits, the strategic placement of wetlands within urban landscapes is poorly understood, particularly in terms of the dynamic flow of water and sediments through the landscape. The study aimed to develop an optimized framework for strategically placing wetlands in urban areas to enhance hydrological stability and adaptability. It sought to address the research gap by utilizing hydrological connectivity assessments to strategically place wetlands for sediment control, water retention, and flood mitigation, thereby supporting urban adaptability and sustainability goals. The research applied a combination of hydrological modeling and Geographic Information Systems to evaluate urban catchments for potential wetland sites. It involved the development and application of a revised connectivity index that incorporates multiple factors including land use, soil type, topography, and rainfall-runoff dynamics. The study areas were selected based on their diverse urban and agricultural characteristics to provide an understanding of different urban catchment dynamics. The methodology included detailed mapping of sediment connectivity using advanced GIS techniques and the integration of environmental and hydrological data to model the effects of various connectivity scenarios on potential wetland performance. The findings demonstrated that the connectivity index model effectively identifies locations within catchments that benefit from wetland implementation. Areas characterized by specific roughness and runoff properties were pinpointed as optimal for managing sediments effectively. Comparative analyses of different hydrological models highlighted how variations in sediment connectivity could influence the strategic placement of wetlands, thereby optimizing their ecological and hydrological benefits. The research also quantified the potential impacts of newly introduced wetlands on the local hydrological connectivity and explored their broader implications, evaluating effects both upstream and downstream of the implementation site, showcasing significant benefits in terms of sediment retention and flood mitigation. The study suggests that the thoughtful placement of wetlands, informed by thorough hydrological connectivity assessments, has the potential to enhance the adaptability of the built environment to climate change effects. Such optimized placement might effectively address challenges related to flood and sediment management and could support sustainable urban development by incorporating ecological aspects into urban planning.
Stadsutvidgning och klimatförändringar förstärker miljöutmaningar och gör traditionella ingenjörslösningar för vattenhantering och översvämningsreducering alltmer ineffektiva och ekonomiskt ohållbara. Naturbaserade lösningar, såsom våtmarker, får ökad uppmärksamhet för sin potential att erbjuda hållbara alternativ genom naturlig vattenhantering och stöd till biologisk mångfald. Trots sina fördelar är den strategiska placeringen av våtmarker inom urbana landskap dåligt förstådd, särskilt när det gäller dynamiskt flöde av vatten och sediment genom landskapet. Studien syftade till att utveckla en optimerad ram för strategisk placering av våtmarker i urbana områden för att förbättra hydrologisk stabilitet och anpassningsförmåga. Den strävade efter att täcka forskningsgapet genom att använda bedömningar av hydrologisk konnektivitet för att strategiskt placera våtmarker för sedimentkontroll, vattenretention och översvämningsminskning, därigenom stödja städers anpassningsförmåga och hållbarhetsmål. Forskningen tillämpade en kombination av hydrologisk modellering och geografiska informationssystem för att utvärdera urbana avrinningsområden för potentiella våtmarksplatser. Den involverade utvecklingen och tillämpningen av ett reviderat konnektivitetsindex som integrerar flera faktorer inklusive markanvändning, jordart, topografi och nederbörds-avrinningsdynamik. Studieområdena valdes utifrån deras mångfaldiga urbana och jordbruksmässiga egenskaper för att ge en förståelse för olika urbana avrinningsdynamiker. Metodologin inkluderade detaljerad kartläggning av sedimentkonnektivitet med avancerade GIS-tekniker och integration av miljö- och hydrologiska data för att modellera effekterna av olika konnektivitetsscenarier på potentiell våtmarksprestanda. Resultaten visade att konnektivitetsindexmodellen effektivt identifierar platser inom avrinningsområden som gynnas av våtmarksetablering. Områden som kännetecknas av specifika grovhetsegenskaper och avrinningsegenskaper pekades ut som optimala för effektiv sedimenthantering. Jämförande analyser av olika hydrologiska modeller belyste hur variationer i sedimentkonnektivitet kunde påverka den strategiska placeringen av våtmarker, därigenom optimering av deras ekologiska och hydrologiska fördelar. Forskningen kvantifierade även potentiella effekter av nyintroducerade våtmarker på lokal hydrologisk konnektivitet och utforskade deras bredare implikationer, genom att utvärdera effekter både uppströms och nedströms om implementeringsplatsen och visa på betydande fördelar när det gäller sedimentretention och översvämningsskydd. Studien antyder att genomtänkt placering av våtmarker, informerad av noggranna bedömningar av hydrologisk konnektivitet, har potential att förbättra byggd miljös anpassningsförmåga till klimatförändringseffekter. En sådan optimerad placering kan effektivt hantera utmaningar relaterade till översvämningar och sedimenthantering och kan stödja hållbar stadsutveckling genom att integrera ekologiska aspekter i stadsplaneringen.
Databáze: Networked Digital Library of Theses & Dissertations
Externí odkaz: