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Knowledge about soil-physical variables of Green Stormwater Infrastructure (GSI) like soil moisture (θ) isessential to understanding their hydrologic and treatment performance. θ depends on many local factorsand is subject to high spatial and temporal variability (Takagi and Lin, 2012; Yao et al. 2013; Nasta et al. 2018).Information about the spatially continuous data of θ can help to understand the hydrologic response andprovide an input for initial conditions to improve hydrologic modelling results. A number of deterministic andprobabilistic interpolation methods and tools are available today to model the spatial distribution ofenvironmental parameters such as θ (Li and Heap 2011; Yao et al. 2013). The quality of the spatialinterpolation, however, depends on sample size, sample distribution and correlation to various other factors,for example terrain profile or vegetation coverage and makes the selection of the appropriate methoddifficult. Six methods commonly applied to soil characteristics have been selected to interpolate data thathas been retrieved from 16 time-domain reflectometers measuring θ in the upper 30 cm of a GSI-site ́ssurface. As θ changes at each sampling point also vary over time and therefore change the coefficients ofsome interpolation methods, estimates were compared for each hour of a 24-hour rainfall event. This isespecially relevant as GSI soils are not only subjected to rainfall but also to distinct lateral inflows fromimpervious areas. Cross-validation and common error calculations were used to assess the statisticalperformance of the results and identify a method with least errors. (15) (PDF) Comparison of spatial interpolation methods for soil moisture in Green Stormwater Infrastructure. Available from

In recent years, increasing scientific evidence has demonstrated the potential of urban green infrastructures (GI) for coping with increased stormwater runoff caused by urbanization, by limiting both runoff flows and volumes (Pennino et al., 2016). However, their hydrologic performance is influenced by climatic conditions (Johannessen et al., 2018), and a better understanding of variations in performance between different geographic situations with differing climatic regimes is needed to ensure that design criteria are adapted to local conditions. A recent cluster analysis of rainfall data across Sweden has identified four distinct regions with respect to short-duration extreme events (Olsson et al., 2017) demonstrating that rainfall is not homogenous throughout the country. However, it is not yet clear how this variability, along with another climatic variability, affects the hydrologic performance of GI. The current guidelines for the design and dimensioning of stormwater control measures (Larm & Blecken, 2019) use unique design criteria for the entire country. The objective of this work is to evaluate variability in the expected hydrological performance of GI facilities under different Swedish climatic regimes in order to consider whether the design and dimensioning recommendations should vary between regions. Using a hydrologic model with long-term rainfall and climate data for eleven urban areas in Sweden, hydrologic performance, both in terms of volume reduction and peak-flow attenuation, was evaluated for three types of GI: (1) biofiltration cells, (2) green roof and (3) detention ponds. Climate data were obtained from the SHMI-national meteorological network covering 23 years(1997–2019) at a 15-min time resolution for each of the urban areas, which were selected to include at least two areas within each of the four extreme-rainfall regions identified by Olsson et al. (2019). Modeled facility configurations were based on the existing recommendations (Larm & Blecken,2019). Estimation of daily reference Penman-Monteith evapotranspiration values was used as input for the hydrological model. In addition, uncertainties in hydrologic outputs of the model due to parameter estimation were quantified using a stochastic approach. Preliminary results show variations in annual stormwater volume reduction caused by differences in rainfall volumes, dry durations between events, and air temperatures, which all influence antecedent soil moisture, leading to differences in available retention capacity at the beginning of events. All locations showed considerable stormwater runoff volume reductions using a biofilter cell, ranging from 85% to 92%, with the highest values in Stockholm and Eskilstuna. The highest volume reductions were found for locations with the warmest conditions, which also had the highest average ET. This may be explained by the fact that in GI, the soil’s retention capacity is renewed as stored water is lost to evapotranspiration between events. A higher variability is observed for peak flow reduction. This indicates that while it may be reasonable to have national recommendations for cases where volume reduction is the only objective when peak-flow reduction is of importance, it may be important to account for regional variability. Future work will consider a greater variety of facilities and account for uncertainties in order to identify whether differences between regions are significant.

International audience; The present work focuses on lessons learned from the monitoring of total and dissolved concentrations of a wide range of micropollutants (TM, PAH, BPA, AP, PAE) in a biofiltration swale (BFS) treating runoff from a suburban highway during 15 rain events over a 14 month period. This study showed the ability of biofiltration to improve runoff quality with respect to micropollutants, especially those associated with the particulate phase. However, both smaller runoff particle sizes and the formation of cracks in the filter media were associated with degraded particle retention during some events. In addition, materials commonly used in biofilter construction (asphalt, geomembranes, drains and filter fabric), were shown to be sources of BPA, AP and PAE, which led to degraded performance for these pollutants, and should thus be avoided in biofilter design wherever possible. Finally, significant overflow from the studied system limited its annual load reductions significantly, underlining the importance of good hydrologic design in pollutant load removal.

International audience; Evaluating the performance of sustainable drainage systems (SuDS) in a field context presents a number of methodological problems. For this reason, as a part of three French research projects focused on this type of evaluation, Matriochkas, Micromegas and Roulepur, a working group on methodological harmonisation was established in order to facilitate the inter-comparison of results between the projects and propose a methodological guideline for practitioners carrying out such evaluations. The guideline proposes an approach where performance is evaluated with respect to a service function that the SuDS aims to achieve, itself identified from local issues. Its first section presents the various service functions which may be assigned to these devices. Next, performance indicators are defined for a selection of the identified service functions, common within the French context and studied as a part of the three projects. Three categories of indicators are identified: hydrologic indicators (relative to water flows), pollutant indicators and socio-technical indicators. Examples of instrumentation and of the application of the proposed indicators drawn from the experience of the three projects are also presented.; L'évaluation in situ des performances des ouvrages de maîtrise à la source des eaux pluviales pose un grand nombre de questions d'ordre méthodologique. Ainsi, dans le cadre de trois projets de recherche français dédiés à ce type d'évaluation, Matriochkas, Micromegas et Roulépur, un groupe de travail sur l'harmonisation des méthodes a été constitué afin de faciliter l'inter-comparaison des résultats issus des projets, mais aussi de rédiger un guide méthodologique à destination des acteurs opérationnels pouvant être amenés à faire ce type d'étude. Ce guide propose une démarche où la performance est évaluée pour chaque fonction de service visée pour l'ouvrage, en réponse à des enjeux locaux. La première partie du guide détaille les fonctions de service pouvant être attendues de ce type d'ouvrage. Ensuite, des indicateurs de performance sont déclinés pour une sélection de fonctions de service couramment rencontrées dans le contexte français et qui ont pu être abordées au cours des projets. Ces indicateurs se regroupent en trois catégories : les indicateurs hydrologiques (relatifs aux flux d'eau), les indicateurs pollutifs (relatifs aux polluants) et les indicateurs sociotechniques. Le guide s'appuie sur des exemples issus des trois projets pour présenter des cas pratiques de dispositifs métrologiques et d'application des indicateurs proposés.

The pooling of results from three French projects (Matriochkas, MicroMégas and Roulépur), within the framework of a working group on methodological harmonisation, makes it possible to analyse the performance of a wide range of stormwater control measures (SCMs) in terms of micropollutant load reduction. Data covers 12 management systems, in 9 different urban contexts. The results highlight the diversity of runoff contamination levels and of their distribution between dissolved and particulate phases. They show significant reductions in particulate pollutants for all filtration-based systems, and less for those that only allow sedimentation. Performance is more limited for the dissolved phase, for which concentration reduction is limited and significant load reductions are only achieved due to a reduction in runoff volumes in structures promoting evapotranspiration., La mise en commun de résultats issus des projets français Matriochkas, MicroMégas et Roulépur, dans le cadre d'un groupe de travail d'échanges et d'harmonisation méthodologiques, permet d'analyser l'efficacité de la gestion alternative des eaux pluviales en termes de réduction des flux de micropolluants, pour 12 dispositifs de gestion et 9 contextes urbains différents. Les résultats soulignent la diversité des niveaux de contamination des eaux de ruissellement, et de leur distribution entre phases dissoutes et particulaires. Ils démontrent des abattements importants des polluants particulaires pour l'ensemble des systèmes basés sur la filtration, et moindre pour ceux ne permettant que la sédimentation. Les performances sont plus limitées pour les concentrations dissoutes, de sorte que seul un abattement des volumes de ruissellement, dans les ouvrages favorisant l'évapotranspiration, permet une réduction significative des flux de micropolluants dissous

International audience

Novatech 2019, LYON, FRANCE, 01-/07/2019 - 05/07/2019; The pooling of results from three French projects (Matriochkas, MicroMégas and Roulépur), within the framework of a working group on methodological harmonisation, makes it possible to analyse the performance of a wide range of stormwater control measures (SCMs) in terms of micropollutant load reduction. Data covers 12 management systems, in 9 different urban contexts. The results highlight the diversity of runoff contamination levels and of their distribution between dissolved and particulate phases. They show significant reductions in particulate pollutants for all filtration-based systems, and less for those that only allow sedimentation. Performance is more limited for the dissolved phase, for which concentration reduction is limited and significant load reductions are only achieved due to a reduction in runoff volumes in structures promoting evapotranspiration.; La mise en commun de résultats issus des projets français Matriochkas, MicroMégas et Roulépur, dans le cadre d'un groupe de travail d'échanges et d'harmonisation méthodologiques, permet d'analyser l'efficacité de la gestion alternative des eaux pluviales en termes de réduction des flux de micropolluants, pour 12 dispositifs de gestion et 9 contextes urbains différents. Les résultats soulignent la diversité des niveaux de contamination des eaux de ruissellement, et de leur distribution entre phases dissoutes et particulaires. Ils démontrent des abattements importants des polluants particulaires pour l'ensemble des systèmes basés sur la filtration, et moindre pour ceux ne permettant que la sédimentation. Les performances sont plus limitées pour les concentrations dissoutes, de sorte que seul un abattement des volumes de ruissellement, dans les ouvrages favorisant l'évapotranspiration, permet une réduction significative des flux de micropolluants dissous

International audience; Les ouvrages dits de biofiltration visent une meilleure maîtrise du flux polluant associé aux eaux pluviales, en gérant celles-ci à proximité de la source, au moyen de systèmes végétalisés conçus pour le stockage, la filtration et éventuellement l'infiltration de l'eau. L'efficacité épuratoire est évaluée in situ pour deux systèmes de biofiltration, un accotement filtrant et une noue filtrante, en comparant la qualité des eaux drainées de ces ouvrages à la qualité des eaux de ruissellement brutes et à des normes de qualité environnementale pour un panel diversifié de contaminants. Ce panel comprend des éléments traces métalliques (ETM) et des micropolluants organiques (des hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP), des alkylphénols, le bisphénol-A (BPA), des phtalates) dans les phases totales et dissoutes. Les polluants essentiellement associés à la phase particulaire (le Pb, le Zn, le Cu et les HAP) ont été très bien retenus (>90%) pour la majorité des événements pluvieux. Cependant, une performance dégradée a été observée vis-à-vis les particules pendant une période hivernale. Les réductions observées en termes de concentrations dissoutes tendaient à être plus faibles que celles observées pour les particules et les polluants associés. Ainsi, des rétentions plus faibles sont observées pour les concentrations totales en micropolluants modérément particulaires, tels que le BPA, les alkylphénols et les phtalates. De plus, les abattements de concentration observés pendant les premiers mois de fonctionnement de la noue filtrante étaient particulièrement mauvais, suggèrent une émission de certains polluants depuis les matériaux de construction de l'ouvrage. MOTS CLES Accotement filtrant, gestion à la source, micropolluant, noue filtrante, ruissellement de voirie.

International audience; In order to study the treatment efficiency of a vegetative filter strip and a biofiltration swale, outlet event mean concentrations are compared with those in untreated road runoff for trace metals and organic micropollutants (polycyclic aromatic hydrocarbons, alkylphenols, bisphenol-A, phthalates), distinguishing between the particulate and dissolved phases. While particulate pollutants were generally well removed, leading to a good removal of total pollutants, performance was often poor for dissolved pollutants.

International audience

International audience

National audience; La mise en œuvre d’une gestion décentralisée des eaux pluviales implique généralement le recours à des systèmes d’infiltration, dont le fonctionnement n’est pas toujours correctement appréhendé. Une mauvaise évaluation de l’hydrologie peut s’avérer préjudiciable pour la gestion quantitative et qualitative du ruissellement, notamment dans des dispositifs conçus pour une maîtrise « à la source » des flux de polluants. Face aux difficultés associées à la mesure directe des flux d’eau et de polluants sur des ouvrages en place, on discute les apports de deux méthodes indirectes, appliquées à un site réel constitué d’une bande enherbée suivi d’un fossé filtrant: l’utilisation d’un modèle hydrologique et l’étude de la pollution du sol.Le modèle hydrologique présente des incertitudes dues à ses hypothèses simplificatrices, ainsi qu’à la variabilité des mesures de conductivité hydraulique. Il fournit toutefois un ordre de grandeur de la sollicitation relative des différentes parties de l’ouvrage. La cartographie des contaminants, qui montre que la majeure partie de la pollution s’accumule à proximité de la chaussée, renseigne indirectement sur la répartition « intégrée dans le temps » des flux d’infiltration et des processus de sédimentation/filtration sur le site d’étude. L’utilisation d’une résolution spatiale suffisamment fine permet de mettre en évidence des hétérogénéités dans l’infiltration et les écoulements superficiels.Malgré des limites propres à chaque approche, les deux méthodes mènent à la conclusion qu’une grande partie des volumes ruisselés – et, de facto, du flux polluant – est gérée par infiltration dans la bande enherbée, la partie de l’ouvrage à proximité immédiate de la zone d’arrivée de l’eau dans l’ouvrage. Ainsi, le fossé filtrant ne joue pas son rôle épuratoire de manière optimale, dans la mesure où les contaminants seraient retenus en bordure de chaussée dans le sol de surface.

Biofiltration is a technique based on vegetated systems for the temporary storage, filtration and possible infiltration of runoff water close to the source, which may be used to manage pollutant loads associated with road runoff. The ability of this type of system to reduce loads of macropollutants, such as suspended solids and nutrients, both through the improvement of water quality and the reduction of its volume, has been established previously. However, the behavior of micropollutants in these systems remains relatively uncharacterized. The objective of the present work is to evaluate the retention and fate of micropollutants in a biofiltration system treating road runoff. It is principally focused on the in situ monitoring of a wide range of micropolltuants typical of road runoff (trace metals or TMs, total petroleum hydrocarbons, polycyclic aromatic hydrocarbons or PAHs, alkylphenols, BPA, phtalates) and global water quality parameters in two biofiltration systems located beside a highway: a vegetative filter strip and a biofiltration swale. This work involves continuous flow and water quality measurements, the sampling and analysis of runoff and infiltrated water drained from both systems (nineteen rain events over a year-and-a-half period) as well as the sampling and analysis of soil. These results are combined with a laboratory characterization of the filter media and biofilter construction materials and a stochastic modeling approach used to evaluate the annual mass balance of pollutants in the biofiltration swale. Field results highlight the ability of biofiltration to significantly reduce total concentrations of micropollutants at the event scale. Treatment is particularly effective for contaminants mainly associated with suspended solids, such as Zn, Pb and PAHs, for which median concentration reductions (EC50) exceeded 90% in both systems. EC50 observed for Cu, Cr, Ni and OP are also quite good, exceeding 70%. Treatment efficiency is lower and more variable for the other organic micropollutants. Three events, characterized by a degraded performance with respect to suspended solids and particulate pollutants, were, however, observed during a winter period when deicing salt was applied to road surfaces. Particle characteristics indicate that this behavior was due to the poor filtration of road-originated particles, probably due to an exceptional abundance of fine particles (, Les ouvrages de biofiltration, systèmes végétalisés conçus pour le stockage, la filtration et éventuellement l’infiltration de l’eau, peuvent contribuer à une meilleure maîtrise du flux polluant associé au ruissellement de voirie. La capacité de ce type de système à réduire les flux de macropolluants, tels que les matières en suspension (MES) et les nutriments, via une amélioration de la qualité de l’eau combinée à une réduction de son volume, est avérée. Cependant, le comportement de micropolluants dans ces systèmes reste relativement peu documenté. Ce travail de thèse s’intéresse donc à la rétention et le devenir de micropolluants dans un système de biofiltration des eaux de voirie. Il s’articule principalement autour du suivi in situ d’un panel diversifié de micropolluants caractéristiques des eaux de voirie (éléments traces métalliques ou ETM, hydrocarbures totaux, hydrocarbures aromatiques polycycliques ou HAP, BPA, alkylphénols, phatalates) et d’indicateurs globaux dans un accotement filtrant et une noue filtrante, situés en bordure d’une route départementale. Ce suivi comporte des mesures débit métriques et de qualité d’eau en continu, un travail d’échantillonnage et d’analyse du ruissellement brut et des eaux traitées par les deux ouvrages (dix-neuf événements pluvieux étudiés au cours d’un an et demi) et un travail d’échantillonnage et d’analyse du sol. Cette démarche est couplée à une caractérisation du substrat filtrant et des matériaux de construction en laboratoire et à une approche de modélisation stochastique pour évaluer le bilan de masse annuel de polluants dans la noue filtrante. Ce suivi démontre la capacité de la biofiltration à réduire de façon significative les concentrations totales en micropolluants à l’échelle de l’événement pluvial. Le traitement est particulièrement efficace pour les contaminants associés majoritairement aux MES, tels que le Zn, le Pb et les HAP pour lesquels la réduction médiane des concentrations événementielles (EC50) est supérieure à 90% dans les deux ouvrages. Pour le Cu, le Cr, le Ni et l’OP, les EC50 sont bonnes, supérieures à 70%. L’efficacité est moindre et plus variable pour les autres micropolluants organiques. Trois événements, caractérisés par une performance dégradée vis-à-vis des MES et des polluants particulaires, ont néanmoins été observés lors de l’application du sel de déverglaçage en hiver. La nature des particules indique que ce comportement soit dû à une mauvaise filtration de particules issues de la route, probablement liée à l’abondance exceptionnelle de particules fines (

International audience; Decentralized stormwater management generally involves the use of infiltration systems, the comportment of which is not always correctly understood. Incorrect assumptions about the hydrologic behavior of such systems can undermine their roles in both the quantitative and qualitative management of runoff, especially in systems designed to treat pollution at the source. Given the technical difficulty of directly measuring water fluxes in already existing systems, this paper discusses the utility of two indirect methods, applied to a real site made up of a vegetative filter strip followed by a biofiltration swale: the use of a hydrologic model and the characterization of soil pollution.The hydrologic model involves uncertainties due to its simplifying hypotheses and the variability of soil hydraulic conductivity measurements. Still, it can provide a rough estimation of the relative frequency of infiltration in different parts of the system. The cartography of contaminants, which shows that the majority of pollution is accumulated close to the roadside, indirectly provides time-integrated information as to the repartition of infiltration fluxes and the processes of sedimentation and filtration at the study site. The high spatial resolution of soil contamination data also provides evidence of heterogeneous surface runoff and infiltration flows.Despite the limits of each approach, both methods lead to the conclusion that the majority of runoff volumes - and as a consequence, the majority of pollutant loads - is infiltrated in the part of the system nearest to the system inlet: the vegetative filter strip. Therefore, the biofiltration swale does not fulfill its initially intended role of depolluting runoff water, as most pollutants do not reach it but rather are retained in the surface soil close to the roadside.; La mise en œuvre d'une gestion décentralisée des eaux pluviales implique généralement le recours à des systèmes d'infiltration, dont le fonctionnement n'est pas toujours correctement appréhendé. Une mauvaise évaluation de l'hydrologie peut s'avérer préjudiciable pour la gestion quantitative et qualitative du ruissellement, notamment dans des dispositifs conçus pour une maîtrise " à la source " des flux de polluants. Face aux difficultés associées à la mesure directe des flux d'eau et de polluants sur des ouvrages en place, on discute les apports de deux méthodes indirectes, appliquées à un site réel constitué d'une bande enherbée suivi d'un fossé filtrant: l'utilisation d'un modèle hydrologique et l'étude de la pollution du sol.Le modèle hydrologique présente des incertitudes dues à ses hypothèses simplificatrices, ainsi qu'à la variabilité des mesures de conductivité hydraulique. Il fournit toutefois un ordre de grandeur de la sollicitation relative des différentes parties de l'ouvrage. La cartographie des contaminants, qui montre que la majeure partie de la pollution s'accumule à proximité de la chaussée, renseigne indirectement sur la répartition " intégrée dans le temps " des flux d'infiltration et des processus de sédimentation/filtration sur le site d'étude. L'utilisation d'une résolution spatiale suffisamment fine permet de mettre en évidence des hétérogénéités dans l'infiltration et les écoulements superficiels.Malgré des limites propres à chaque approche, les deux méthodes mènent à la conclusion qu'une grande partie des volumes ruisselés - et, de facto, du flux polluant - est gérée par infiltration dans la bande enherbée, la partie de l'ouvrage à proximité immédiate de la zone d'arrivée de l'eau dans l'ouvrage. Ainsi, le fossé filtrant ne joue pas son rôle épuratoire de manière optimale, dans la mesure où les contaminants seraient retenus en bordure de chaussée dans le sol de surface.

International audience; Among the processes governing contaminant retention in soil-based SUDS, the relative contribution of particle settling and filtration is not always properly identified. Since zirconium is a well-documented invariant in pedology, the present work aimed to assess whether its use might be extended to sediment identification in SUDS. Extensive sampling and analysis were carried out in 11 infiltration systems. Zr contents were found to be significantly lower in road-deposited sediment than in soil. A deficit of this element could also be observed in the most contaminated area of most devices, indicating a "dilution-like" mixture of soil and sediments, the fraction of which could be calculated.