Modeling multi-year phosphorus dynamics in a bioretention cell: Phosphorus partitioning, accumulation, and export
Notice bibliographique
Résumé
Phosphorus (P) export from urban areas via stormwater runoff contributes to eutrophication of downstream aquatic ecosystems. Bioretention cells are a Low Impact Development (LID) technology promoted as a green solution to attenuate urban peak flow discharge, as well as the export of excess nutrients and other contaminants. Despite their rapidly growing implementation worldwide, a predictive understanding of the efficiency of bioretention cells in reducing urban P loadings remains limited. Here, we present a reaction-transport model to simulate the fate and transport of P in a bioretention cell facility in the greater Toronto metropolitan area. The model incorporates a representation of the biogeochemical reaction network that controls P cycling within the cell. We used the model as a diagnostic tool to determine the relative importance of processes immobilizing P in the bioretention cell. The model predictions were compared to multi-year observational data on 1) the outflow loads of total P (TP) and soluble reactive P (SRP) during the 2012-2017 period, 2) TP depth profiles collected at 4 time points during the 2012-2019 period, and 3) sequential chemical P extractions performed on core samples from the filter media layer obtained in 2019. Results indicate that exfiltration to underlying native soil was principally responsible for decreasing the surface water discharge from the bioretention cell (63 % runoff reduction). From 2012 to 2017, the cumulative outflow export loads of TP and SRP only accounted for 1 % and 2 % of the corresponding inflow loads, respectively, hence demonstrating the extremely high P reduction efficiency of this bioretention cell. Accumulation in the filter media layer was the predominant mechanism responsible for the reduction in P outflow loading (57 % retention of TP inflow load) followed by plant uptake (21 % TP retention). Of the P retained within the filter media layer, 48 % occurred in stable, 41 % in potentially mobilizable, and 11 % in easily mobilizable forms. There were no signs that the P retention capacity of the bioretention cell was approaching saturation after 7 years of operation. The reactive transport modeling approach developed here can in principle be transferred and adapted to fit other bioretention cell designs and hydrological regimes to estimate P surface loading reductions at a range of temporal scales, from a single precipitation event to long-term (i.e., multi-year) operation.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,001 | 0,001 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,002 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».