Determination of Unsaturated Hydraulic Properties for Low Impact Developments

RÉSUMÉ: Avec l'augmentation des épisodes pluvieux extrêmes et l'urbanisation rapide, le risque d'inondation a considérablement augmenté. Les développements à faible impact (LID) peuvent aider à réduire ce risque dans certains domaines. Le sol est généralement considéré comme complètement saturé lors de la conception des LID. Cependant, il ne s'agit pas toujours d'une approche précise ou réaliste, car le sol peut être insaturé de façon variable, ce qui conduit à des conceptions inexactes. Pour analyser l’écoulement dans des conditions d’insaturation variable, l’équation de Richards peut être utilisée. Afin de résoudre l’équation de Richards, deux propriétés hydrauliques non linéaires, à savoir la courbe caractéristique de l’eau du sol (SWCC) et la fonction de conductivité hydraulique insaturée sont nécessaires. Les mesures en laboratoire et sur le terrain des propriétés hydrauliques insaturées sont lourdes, coûteuses et longues. Une autre approche consiste à estimer les propriétés hydrauliques insaturées à l'aide des fonctions de pédotransfert. Les fonctions de pédotransfert estiment les propriétés hydrauliques du sol en utilisant des propriétés du sol mesurées en routine, telles que la texture du sol, la distribution de la taille des grains, la densité apparente ou la porosité. Cette recherche présente une comparaison entre la mesure directe obtenue par des procédures expérimentales et l'utilisation des fonctions de pédotransfert pour estimer les propriétés hydrauliques du sol pour deux toitures végétalisées et trois milieux de sol à biorétention. Les implications de conception font également partie de cet effort de recherche.

ABSTRACT: With the increase in extreme rainfall events and rapid urbanization, the risk of flooding has increased substantially. Low Impact Developments (LIDs) can assist in decreasing this risk within certain areas. The soil is generally considered to be completely saturated when designing for the LIDs. However, this may not always be an accurate or realistic approach, as the soil could be variably unsaturated leading to inaccurate designs. To analyze the flow under variably unsaturated conditions, Richards’ equation can be used. In order to solve the Richards’ equation, two nonlinear hydraulic properties namely, soil water characteristic curve (SWCC) and the unsaturated hydraulic conductivity function are required. Laboratory and field measurements of unsaturated hydraulic properties are cumbersome, expensive and time-consuming. An alternative approach is to estimate unsaturated hydraulic properties using pedotransfer functions. Pedotransfer functions estimate soil hydraulic properties using routinely measured soil properties, such as soil texture, grain size distribution, bulk density, or porosity. This research presents a comparison between the direct measurement obtained through experimental procedures and the use of pedotransfer functions to estimate soil hydraulic properties for two green roof and three bioretention soil medias. Design implications are also part of this research effort.