Grant: Alliance Grants

Worldwide, stormwater management (SWM) systems are being expanded and retrofitted to counter negative impacts of urbanization, including increased flooding, stream degradation, and eutrophication of receiving aquatic ecosystems. In Canada, stormwater ponds (SWPs) are the standard SWM technology for new developments although other green technologies, especially bioretention systems (BRSs), are increasingly used. Whether these technologies also support positive climate benefits remains controversial, however. For instance, SWPs and BRSs have been shown to be significant sources of the greenhouse gases (GHGs) carbon dioxide, methane, and nitrous oxide. However, they also sequester carbon (C) and reduce the surface runoff of nutrients such as phosphorus (P), hence, altering nutrient limitation patterns, trophic conditions, and GHG exchanges along the urban aquatic continuum and in receiving water bodies. To determine if SWPs and BRSs exacerbate or mitigate climate forcing, their net effects must therefore be evaluated at the watershed scale. The proposed project will address this by (1) quantifying the landscape-scale drivers and processes within SWPs and BRSs that control GHG exchanges, C sequestration, and changes in the chemical speciation and fluxes of C and P, (2) integrating the resulting knowledge into robust representations of SWPs and BRSs in coupled hydrology-biogeochemistry models for urban watersheds, and (3) using model simulations to analyze the responses of urban GHG emissions and nutrient P export to the implementation and management of green SWM infrastructure. We will initially focus on urban watersheds in southern Ontario with SWPs and BRSs whose hydrology and biogeochemistry we have already extensively characterized, hence, laying the foundation for expanding the model applications across Canada. The project's municipal and industrial partners will use the project's outcomes to (1) carry out interventions that reduce GHG emissions from existing SWPs and BRSs, and (2) develop green SWM strategies that minimize trade-offs between climate mitigation benefits and other key services, in particular, water quality protection. Dans le monde entier, les systèmes de gestion des eaux pluviales (GDS) sont élargis et modernisés pour contrer les impacts de l'urbanisation, comme les inondations, la dégradation des cours d'eau et l'eutrophisation d'environnements aquatiques. Au Canada, les bassins d'eaux pluviales (BEP) sont la technologie GDS standard, bien que d'autres technologies, en particulier les systèmes de biorétention (SBR), soient de plus en plus utilisées. La question de savoir si ces technologies vertes peuvent aussi aider à atténuer le réchauffement climatique reste toutefois controversée. Par exemple, il a été démontré que les BEP et les SBR sont des sources importantes des gaz à effet de serre (GES : dioxyde de carbone, méthane et oxyde nitreux). Cependant, ils séquestrent également le carbone (C) et réduisent le ruissellement de surface des nutriments tels que le phosphore (P), modifiant ainsi les conditions trophiques et les échanges de GES le long du continuum aquatique urbain et dans les écosystèmes aquatiques récepteurs. Pour déterminer si les technologies GDS vertes peuvent atténuer le forçage climatique, leurs effets nets doivent donc être évalués à l'échelle du bassin versant. Nous proposons (1) de quantifier les facteurs et processus à l'échelle du basin versant ainsi qu'au sein des BEP et SBR qui contrôlent les échanges de GES, la séquestration du C et la spéciation et les flux de C et P, (2) de développer des représentations robustes des BEP et les SBR dans des modèles couplés hydrologie-biogéochimie pour bassins versants urbains, et (3) d'utiliser le modèles pour analyser les réponses des émissions urbaines de GES et des exportations de P à la gestion de l'infrastructure GDS verte. Nous nous concentrerons d'abord sur les zones urbaines du sud de l'Ontario avec des BEP et SBR dont nous avons déjà caractérisé l'hydrologie et la biogéochimie et, par après, d'étendre notre modélisation à travers le Canada. Nos partenaires municipaux et industriels utiliseront les résultats du projet pour (1) mener des interventions qui réduisent les émissions de GES de BEP et SBR, et (2) développer des stratégies de GDS qui optimisent la réduction des GES en même temps que d'autres services clés, en particulier la protection de la qualité de l'eau.