Urban constructed wetlands: Assessing ecosystem services and disservices for safe, resilient, and sustainable cities
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Informações
Título
Urban constructed wetlands: Assessing ecosystem services and disservices for safe, resilient, and sustainable cities
Título (EN)
Urban constructed wetlands: Assessing ecosystem services and disservices for safe, resilient, and sustainable cities
Autor(es)
Aamir Mehmood SHAH | Gengyuan LIU | Yu CHEN | Qing YANG | Ningyu YAN | Feni AGOSTINHO | Cecilia M. V. B. ALMEIDA | Biagio F. GIANNETTI
Instituição
Universidade Paulista
Tipo
Artigo
Tipo de Mídia
Revista
Resumo (EN)
Climate change and rapid urbanization are pressing environmental and social concerns, with approximately 56% of the global population living in urban areas. This number is expected to rise to 68% by 2050, leading to the expansion of cities and encroachment upon natural areas, including wetlands, causing their degradation and fragmentation. To mitigate these challenges, green and blue infrastructures (GBIs), such as constructed wetlands, have been proposed to emulate and replace the functions of natural wetlands. This study evaluates the potential of eight constructed wetlands near Beijing, China, focusing on their ecosystem services (ESs), cost savings related to human health, growing/maintenance expenses, and disservices using an emergy-based assessment procedure. The results indicate that all constructed wetlands effectively purify wastewater, reducing nutrient concentrations (e.g., total nitrogen, total phosphorus, and total suspended solids). Among the studied wetlands, the integrated vertical subsurface flow constructed wetland (CW-4) demonstrates the highest wastewater purification capability (1.63E+14 sej/m2/yr) compared to other types (6.78E+13 and 2.08E+13 sej/m2/yr). Additionally, constructed wetlands contribute to flood mitigation, groundwater recharge, wildlife habitat protection, and carbon sequestration, resembling the functions of natural wetlands. However, the implementation of constructed wetlands in cities is not without challenges, including greenhouse gas emissions, green waste management, mosquito issues, and disturbances in the surrounding urban areas, negatively impacting residents. The ternary phase diagram reveals that all constructed wetlands provide more benefits than costs and impacts. CW-4 shows the highest benefit-cost ratio, reaching 50%, while free water surface constructed wetland (CW-3) exhibits the lowest benefits (approximately 38%), higher impacts (approximately 25%), and lower costs (approximately 37%) compared to other wetlands. The study advocates the use of an emergy approach as a reliable method to assess the quality of constructed wetlands, providing valuable insights for policymakers in selecting suitable constructed wetlands for effective urban ecological management.
Resumo
As mudanças climáticas e a rápida urbanização representam importantes desafios ambientais e sociais da atualidade. Estima-se que aproximadamente 56% da população mundial viva em áreas urbanas, percentual que deverá atingir 68% até 2050, promovendo a expansão das cidades e a ocupação de áreas naturais, incluindo zonas úmidas (wetlands), o que resulta em sua degradação e fragmentação. Como estratégia para enfrentar esses desafios, as infraestruturas verdes e azuis (Green and Blue Infrastructures – GBIs), especialmente os alagados construídos (constructed wetlands), têm sido propostas para reproduzir e substituir as funções ecológicas desempenhadas pelas zonas úmidas naturais. Neste estudo, foi avaliado o potencial de oito alagados construídos localizados nas proximidades de Pequim, China, considerando os serviços ecossistêmicos, a economia de custos relacionados à saúde humana, os custos de implantação e manutenção e os possíveis desserviços ambientais, por meio de uma metodologia baseada em emergia. Os resultados demonstraram que todos os alagados construídos foram eficientes na purificação de águas residuárias, reduzindo significativamente as concentrações de nutrientes, como nitrogênio total, fósforo total e sólidos suspensos totais. Entre os sistemas avaliados, o alagado construído de fluxo subsuperficial vertical integrado (CW-4) apresentou a maior capacidade de purificação, alcançando 1,63 × 10¹⁴ sej/m²/ano, desempenho superior ao observado em outros tipos de alagados construídos (6,78 × 10¹³ e 2,08 × 10¹³ sej/m²/ano). Além do tratamento de efluentes, os alagados construídos contribuíram para a mitigação de enchentes, a recarga de aquíferos, a proteção de habitats da fauna silvestre e o sequestro de carbono, desempenhando funções semelhantes às das zonas úmidas naturais. Entretanto, sua implantação em áreas urbanas também apresentou desafios, incluindo a emissão de gases de efeito estufa, a gestão de resíduos vegetais, a proliferação de mosquitos e possíveis impactos sobre as áreas urbanas vizinhas, afetando a qualidade de vida dos moradores. A análise por meio do diagrama de fase ternário revelou que todos os alagados construídos proporcionaram mais benefícios do que custos e impactos ambientais. O sistema CW-4 apresentou a melhor relação benefício-custo, atingindo aproximadamente 50%, enquanto o alagado construído de superfície livre (CW-3) apresentou os menores benefícios (cerca de 38%), maiores impactos (aproximadamente 25%) e menores custos (cerca de 37%) em comparação aos demais sistemas. Os autores concluem que a abordagem baseada em emergia constitui uma ferramenta confiável para avaliar a qualidade e o desempenho dos alagados construídos, fornecendo informações relevantes para subsidiar formuladores de políticas públicas na seleção das alternativas mais adequadas para a gestão ecológica urbana e a promoção de cidades mais sustentáveis.
Palavras-chave
constructed wetland | emergy | ecosystem services | disservices | ternary diagram
Direito de Acesso
Acesso restrito
Financiamento
Vice Reitoria de Pós-Graduação e Pesquisa
Publicado em
SHAH, Aamir Mehmood; LIU, Gengyuan; CHEN, Yu; YANG, Qing; YAN, Ningyu; AGOSTINHO, Feni Dalano Roosevelt; ALMEIDA, Cecília Maria Villas Bôas de; GIANNETTI, Biagio Fernando. Urban constructed wetlands: assessing ecosystem services and disservices for safe, resilient, and sustainable cities. Frontiers of Engineering Management, [S. l.], v. 10, n. 4, p. 582–596, 2023. DOI: https://doi.org/10.1007/s42524-023-0268-y.