Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Tác động của lượng mưa tới kiến trúc đất ở khu vực Tây Nam Hoa Kỳ nhằm cải thiện việc thực hiện quản lý tài nguyên văn hóa
Tóm tắt
Các mô hình lượng mưa theo mùa đang thay đổi do biến đổi khí hậu có khả năng làm gia tăng sự xuống cấp của kiến trúc adobe tại khu vực Tây Nam Hoa Kỳ. Sự suy giảm này bao gồm xói mòn bề mặt và sự sụp đổ thảm khốc. Nghiên cứu này xem xét tác động của các mô hình lượng mưa thay đổi đến những bức tường adobe không xử lý nhằm hiểu rõ cách thức thiệt hại xảy ra và dự đoán những tác động trong tương lai. Để hoàn thành nghiên cứu, chúng tôi đã xây dựng 20 bức tường adobe thử nghiệm. Sử dụng mô phỏng mưa di động, mỗi bức tường đã trải qua hai thí nghiệm mưa: mô phỏng mưa cường độ cao (biến số cường độ mưa) và mô phỏng mưa cường độ thấp (biến số số lượng sự kiện mưa). Các chỉ số về sự suy giảm của bức tường (mất vật liệu, mất thể tích, diện tích bề mặt bị ảnh hưởng và độ sâu hốc) đã được tính toán cho mỗi bức tường bằng cách sử dụng dữ liệu quét LiDAR trước và sau mô phỏng. Độ ẩm bên trong bức tường cũng được đo bằng cảm biến nước thể tích nhúng. Trong thí nghiệm cường độ cao, các đường hồi quy tốt nhất cho mất vật liệu và diện tích bề mặt bị ảnh hưởng cho thấy rằng xói mòn bề mặt gia tăng cùng với cường độ mưa, trong khi độ sâu hốc vẫn tương đối ổn định. Các mô hình tuyến tính và các bài kiểm tra phân tích hậu cho thấy mất vật liệu và diện tích bề mặt bị ảnh hưởng có sự khác biệt đáng kể cho mỗi phương pháp điều trị mưa cường độ cao. Hơn nữa, bên trong mỗi bức tường vẫn tương đối khô, chứng tỏ rằng cường độ mưa không phải là yếu tố dự đoán mạnh về độ ẩm bên trong bức tường. Trong thí nghiệm mưa cường độ thấp, các mô phỏng mưa cho kết quả về xói mòn và độ ẩm bên trong bức tường tương đồng về mặt thống kê. Sự thấm nước nhiều hơn diễn ra dưới điều kiện mưa cường độ thấp kéo dài lâu hơn, trong khi thiệt hại bề mặt nhiều hơn xảy ra dưới điều kiện mưa cường độ cao. Kết luận, các chế độ thời tiết đang thay đổi mang đến nhiều sự kiện mưa cường độ cao hơn cho khu vực Tây Nam Hoa Kỳ khô hạn. Nghiên cứu này cho thấy rằng các sự kiện mưa cường độ cao sẽ ngày càng gây thiệt hại cho các bức tường adobe. Các nhà quản lý tài nguyên sẽ cần thích ứng với các chiến lược quản lý hiện tại để tính toán sự thay đổi này.
Từ khóa
#biến đổi khí hậu #kiến trúc adobe #quản lý tài nguyên văn hóa #mưa cường độ cao #mưa cường độ thấpTài liệu tham khảo
Day RW. Performance of historic adobe structure. J Perform Constr Facil. 1993;7(3):164–9. https://doi.org/10.1061/(ASCE)0887-3828(1993)7:3(164).
Shamir E, Tapia-Villaseñor EM, Cruz-Ayala M-B, Megdal SB. A Review of climate change impacts on the USA-Mexico transboundary Santa Cruz River Basin. Water. 2021;13:1390. https://doi.org/10.3390/w13101390.
Demaria EMC, Hazenberg P, Scott RL, Meles MB, Nichols M, Goodrich D. Intensification of the North American Monsoon rainfall as observed from a long-term high-density gauge network. Geophys Res Lett. 2019;46:6839–47. https://doi.org/10.1029/2019GL082461.
Janssen E, Wuebbles DJ, Kunkel KE, Olsen SC, Goodman A. Observational-and model-based trends and projections of extreme precipitation over the contiguous United States. Earths Future. 2014;2:99–113. https://doi.org/10.1002/2013EF000185.
Borodina A, Fischer EM, Knutti R. Models are likely to underestimate increase in heavy rainfall in the extratropical regions with high rainfall intensity. Geophys Res Lett. 2017;2017(44):7401–9. https://doi.org/10.1002/2017GL074530.
Tripathi OP, Dominguez F. Effects of spatial resolution in the simulation of daily and subdaily precipitation in the southwestern US. J Geophys Res Atmos. 2013;118:7591–605. https://doi.org/10.1002/jgrd.50590.
Easterling DR, Kunkel KE, Arnold JR, Knutson T, LeGrande AN, Leung LR, et al. Precipitation change in the United States. In: Wuebbles DJ, Fahey DW, Hibbard KA, Dokken DJ, Stewart BC, Maycock TK, editors., et al., Climate science special report: fourth national climate assessment, vol. I. Washington: U.S. Global Change Research Program; 2017. https://doi.org/10.7930/J0H993CC.
Wang B, Biasutti M, Byrne MP, Castro C, Chang C, Cook K, Fu R, Grimm AM, Ha K, Hendon H. Climate change assessment. Bull Am Meteorol Soc. 2021;102:E1–19. https://doi.org/10.1175/BAMS-D-19-0335.1.
Pascale S, Carvalho LMV, Adams DK, Castro CL, Cavalcanti IFA. Current and future variations of the monsoons of the Americas in a warming climate. Curr Clim Chang Rep. 2019;5:125–44. https://doi.org/10.1007/s40641-019-00135-w.
Luong TM, Castro CL, Chang H, Lahmers T, Adams DK, Ochoa-Moya CA. The more extreme nature of north American monsoon precipitation in the southwestern United States as revealed by a historical climatology of simulated severe weather events. J Appl Meteor Clim. 2017;56:2509–29. https://doi.org/10.1175/JAMC-D-16-0358.1.
Bukovsky MS, Carrillo CM, Gochis DJ, Hammerling DM, McCrary RR, Mearns LO. Toward assessing NARCCAP regional climate model credibility for the North American monsoon: future climate simulations. J Clim. 2015;28:6707–28. https://doi.org/10.1175/JCLI-D-14-00695.1.
Collins M, Knutti R, Arblaster J, Dufresne JL, Fichefet T, Friedlingstein P, et al. Long-term climate change: projections, commitments and irreversibility. In: Stocker TF, Qin D, Plattner GK, Tignor M, Allen SK, Boschung J, et al. editors. Climate change 2013: the physical science basis. Contribution of working group I to the fifth assessment report of the intergovernmental panel on climate change. Cambridge: Cambridge University Press; 2013.
Wehner MF. Very extreme seasonal precipitation in the NARCCAP ensemble: model performance and projections. Clim Dyn. 2012;40:59–80. https://doi.org/10.1007/s00382-012-1393-1.
Kunkel KE, Karl TR, Brooks H, Kossin J, Lawrimore JH, Arndt D, et al. Monitoring and understanding trends in extreme storms: state of knowledge. Bull Amer Meteor Soc. 2013;94:499–514. https://doi.org/10.1175/BAMS-D-11-00262.1.
Chang HI, Castro CL, Carrillo CM, Dominguez F. The more extreme nature of U.S. warm season climate in the recent observational record and two “well-performing” dynamically downscaled CMIP3 models. J Geophys Res Atmos. 2015;120:8244–63. https://doi.org/10.1002/2015JD023333.
Shamir E, Megdal SB, Carrillo C, Castro CL, Chang H-I, Chief K, Corkhill FE, Eden S, Georgakakos KP, Nelson KM, et al. Climate change and water resources management in the Upper Santa Cruz River. Arizona J Hydrol. 2015;521:18–33. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2014.11.062.
Cook BI, Ault TR, Smerdon JE. Unprecedented 21st century drought risk in the American Southwest and Central Plains. Sci Adv. 2015. https://doi.org/10.1126/sciadv.1400082.
Seager R, Neelin D, Simpson I, Liu H, Henderson N, Shaw S, Kushnir Y, Ting M. Dynamical and thermodynamical causes of large-scale changes in the hydrological cycle over North America in response to global warming. J Climate. 2014;27:7921–48. https://doi.org/10.1175/JCLI-D-14-00153.1.
Tomlinson EM, Kappel WD, Muhlestein GA, Hultstrand DM, Parzybok TW. Statewide probable maximum precipitation (PMP) study for Arizona. Applied Weather Associates, LLC; 2013.
Knutson TR, Sirutis JJ, Zhao M, Tuleya RE, Bender M, Vecchi GA, et al. Global projections of intense tropical cyclone activity for the late twenty-first century from dynamical downscaling of CMIP5/RCP4.5 scenarios. J Clim. 2015;28:7203–24. https://doi.org/10.1175/JCLI-D-15-0129.1.
Knutson T, Camargo SJ, Chan JCL, Emanuel K, Ho C-H, Kossin J, Mohapatra M, Satoh M, Sugi M, Walsh K, et al. Tropical cyclones and climate change assessment: part II: projected response to anthropogenic warming. Bull Am Meteorol Soc. 2020;101:E303–22. https://doi.org/10.1175/BAMS-D-18-0194.1.
Heredia Zavoni EA, Bariola Bernales JJ, Neumann JV, Mehta PK. Improving the moisture resistance of adobe structures. Mater Struct. 1988;21:213–21. https://doi.org/10.1007/BF02473058.
Beckett CT, Jaquin PA, Morel JC. Weathering the storm: a framework to assess the resistance of earthen structures to water damage. Constr Build Mater. 2020;242:118098.
Rempel AW, Rempel AR. Frost resilience of stabilized earth building materials. Geosciences. 2019;9(8):328. https://doi.org/10.3390/geosciences9080328.
Richards J, Zhao G, Zhang H, Viles H. A controlled field experiment to investigate the deterioration of earthen heritage by wind and rain. Herit Sci. 2019;7(1):1–3. https://doi.org/10.1186/s40494-019-0293-7.
Scott K, Moss J. Historic Preservation 2017: Pecos National Historical Park. National Park Service, Pecos National Historic Park. On file at the Sonoran Desert Network; 2017.
Oliver A, Getty Adobe Project. Fort Selden adobe test wall project: phase I: final report. Getty Cons Inst and Mus of NM; 2000. http://hdl.handle.net/10020/gci_pubs/fort_selden_project. Accessed 30 June 2021.
Alam I, Naseer A, Shah AA. Economical stabilization of clay for earth buildings construction in rainy and flood prone areas. Constr Build Mater. 2015;77:154–9. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2014.12.046.
Millogo Y, Aubert JE, Séré AD, Fabbri A, Morel JC. Earth blocks stabilized by cow-dung. Mater Struct Const. 2016;2016(49):4583–94. https://doi.org/10.1617/s11527-016-0808-6.
Ren KB, Kagi DA. Upgrading the durability of mud bricks by impregnation. Build Environ. 1995. https://doi.org/10.1016/0360-1323(94)00056-X.
Erkal A, D’Ayala D, Sequeira L. Assessment of wind-driven rain impact, related surface erosion and surface strength reduction of historic building materials. Build Environ. 2012;57:336–48. https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2012.05.004.
Kariyawasam KKGKD, Jayasinghe C. Cement stabilized rammed earth as a sustainable construction material. Constr Build Mater. 2016;105:519–27. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2015.12.189.
Kerali AG, Thomas TH. Simple durability test for cement stabilized blocks. Build Res Inf. 2004;32:140–5. https://doi.org/10.1080/0961321032000148479.
Flanagan DC, Gilley JE, Franti TG. Water Erosion Prediction Project (WEPP): development history, model capabilities, and future enhancements. Trans ASABE. 2007;50:1603–12. https://doi.org/10.13031/2013.23968.
Polyakov V, Stone J, Holifield Collins C, Nearing MA, Paige G, Buono J, et al. Rainfall simulation experiments in the southwestern USA using the Walnut Gulch Rainfall Simulator. Earth Syst Sci. 2018;10:19–26. https://doi.org/10.5194/essd-10-19-2018.
Williams CJ, Pierson FB, Kormos PR, Al-Hamdan OZ, Johnson JC. Vegetation, ground cover, soil, rainfall simulation, and overland flow experiments before and after tree removal in woodland- encroached sagebrush steppe: the hydrology component of the Sagebrush Steppe Treatment Evaluation Project (SageSTEP). 2020. Earth Syst Sci Data. https://doi.org/10.5194/essd-12-1347-2020.
Ogunye FO, Boussabaine H. Development of a rainfall test rig as an aid in soil block weathering assessment. Constr Build Mater. 2002;16:173–80. https://doi.org/10.1016/S0950-0618(02)00010-7.
Hall MR. Assessing the environmental performance of stabilised rammed earth walls using a climatic simulation chamber. Build Environ. 2007;42:139–45. https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2005.08.017.
Sharma V, Marwaha BM, Vinayak HK. Enhancing durability of adobe by natural reinforcement for propagating sustainable mud housing. Int J Sustain Built Environ. 2016;5:141–55. https://doi.org/10.1016/j.ijsbe.2016.03.004.
Geosystems Analysis Inc. Adobe and mortar materials physical and hydraulic testing. Tucson: Geosystems Analysis Inc; 2018.
ASTM International. ASTM D2937-17e2, standard test method for density of soil in place by the drive-cylinder method. ASTM International. West Conshohocken, PA; 2017. http://www.astm.org/cgi-bin/resolver.cgi?D2937-17e2. Accessed 30 June 2021.
ASTM International. ASTM D2434-68, standard test method for permeability of granular soils (constant head) (Withdrawn 2015). ASTM International. West Conshohocken, PA; 2006. http://www.astm.org/cgi-bin/resolver.cgi?D2434-68(2006). Accessed 30 June 2021.
ASTM International. ASTM D4318-17e1, standard test methods for liquid limit, plastic limit, and plasticity index of soils. ASTM International. West Conshohocken, PA; 2017. http://www.astm.org/cgi-bin/resolver.cgi?D4318. Accessed 30 June 2021.
ASTM International. ASTM D 6913-17, standard test methods for particle-size distribution (gradation) of soils using sieve analysis. ASTM International. West Conshohocken, PA; 2017. http://www.astm.org/cgi-bin/resolver.cgi?D6913D6913M. Accessed 30 June 2021.
ASTM International. ASTM C136-14, standard test method for sieve analysis of fine and coarse aggregates. ASTM International. West Conshohocken, PA; 2017. http://www.astm.org/cgi-bin/resolver.cgi?C136C136M. Accessed 30 June 2021.
Bonnin GM, Martin D, Lin B, Parzybok T, Yekta M, Riley D. Precipitation-frequency atlas of the United States NOAA Atlas 14:1; version 5.0. Silver Spring: National Weather Service; 2011.
Meyer LD, Harmon WC. Multiple-intensity rainfall simulator for erosion research on row sideslopes. Trans ASAE. 1979;22:100–3. https://doi.org/10.13031/2013.34973.
Pierson FB, Moffet CA, Williams CJ, Hardegree SP, Clark PE. Prescribed-fire effects on rill and interrill runoff and erosion in a mountainous sagebrush landscape. Earth Surf Process Landforms. 2009;34:193–203. https://doi.org/10.1002/esp.1703.
Pierson FB, Robichaud PR, Moffet CA, Spaeth KE, Hardegree SP, Clark PE, et al. Fire effects on rangeland hydrology and erosion in a steep sagebrush-dominated landscape. Hydrol Process. 2008;22:2916–29.
van Dijk AIJ, Bruijnzeel L, Rosewell C. Rainfall intensity–kinetic energy relationships: a critical literature appraisal. J Hydrol. 2002;261:1–23. https://doi.org/10.1016/S0022-1694(02)00020-3.
Surphaser. Surphaser 3D laser scanners. Redmond: Basis Software Inc; 2016.
METER Group. EC-5 manual. Pullman: METER Group Inc; 2018.
Rosenbaum U, Bogena H, Huisman J, Vrba J, Vereecken H. Correction of temperature and electrical conductivity effects on dielectric permittivity measurements with ECH2O sensors. Vadose Zone J. 2011;10:582–93. https://doi.org/10.2136/vzj2010.0083.
Malicki MA, Plagge R, Roth CH. Improving the calibration of dielectric TDR soil moisture determination taking into account the solid soil. Eur J Soil Sci. 1996;47:357–66.
Mukhlisin M, Saputra A. Performance evaluation of volumetric water content and relative permittivity models. ScientificWorldJournal. 2013. https://doi.org/10.1155/2013/421762.
Philip JR. The theory of infiltration: 4. Sorptivity and algebraic infiltration equations. Soil Sci. 1957;84:257–64.
Bryan RB. Soil erodibility and processes of water erosion on hillslope. Geomorphology. 2000;32:385–415. https://doi.org/10.1016/S0169-555X(99)00105-1.
Pierson FB, Williams CJ. Ecohydrologic impacts of rangeland fire on runoff and erosion: a literature synthesis. Fort Collins: General Technical Report RMRS-GTR-351; 2016
Selby MJ. Hillslope materials and processes. New York: Oxford University Press, Inc.; 1993.
Nearing MA, Polyakov VO, Nichols MH, Hernandez M, Li L, Zhao Y, et al. Slope-velocity equilibrium and evolution of surface roughness on a stony hillslope. Hydrol Earth Syst Sci. 2017;21:3221–9. https://doi.org/10.5194/hess-21-3221-2017.
Sidle RC, Pearce AJ, O’Laughlin CL. Hillslope stability and land use, vol. 11. Washington, DC: American Geophysical Union; 1985.