Stormwater Management in Urban Collector Streams

(1)

STORMWATER MANAGEMENT I N URBAN COLLECTOR STREAMS

H . Rooney Malcom, P . E .

Associate P r o f e s s o r o f C i v i l E n g i n e e r i n g N o r t h C a r o l i n a S t a t e U n i v e r s i t y

M a r i a n E. A v e r a R e s e a r c h A s s i s t a n t C h a r l e s M. B u l l a r d R e s e a r c h ~ s s i s t a n t

a n d

C y n t h i a C. L a n c a s t e r R e s e a r c h A s s i s t a n t

T h e w o r k u p o n w h i c h t h i s p u b l i c a t i o n i s b a s e d was s u p p o r t e d b y f u n d s p r o v i d e d by t h e C i t y of C h a r l o t t e , N o r t h C a r o l i n a , and t h e W a t e r R e s o u r c e s R e s e a r c h I n s t i t u t e o f T h e U n i v e r s i t y of N o r t h C a r o l i n a .

p r o j e c t N o . 86-07-70048

(2)

DISCLAIMER STATEMENT

(3)

ACKNOW LEDGM

T h e p r i n c i p a l i n v e s t i g a t o r w i s h e s t o t h a n k s e v e r a l p e r s o n s a n d o r g a n i z a t i o n s who h a v e m a d e s p e c i a l c o n t r i b u t i o n s t o t h e p r o j e c t . M s . B e t h A v e r a , M r s . C i n d y L a n c a s t e r a n d M r . M i c h a e l B u l l a r d , R e s e a r c h A s s i s t a n t s , were f u l l p a r t i c i p a n t s i n t h e r e s e a r c h . T h e y p u r s u e d s e v e r a l a s p e c t s w i t h i n d e p e n d e n c e a n d v i g o r . S e p a r a t e r e p o r t s p r e p a r e d b y e a c h h a v e b e e n c o n d e n s e d a n d i n c o r p o r a t e d h e r e . T h e y merit i n c l u s i o n a s a u t h o r s .

T h e s t a f f o f t h e E n g i n e e r i n g D e p a r t m e n t o f t h e C i t y o f C h a r l o t t e , p a r t i c u l a r l y M r . J i m S c h u m a c h e r a n d M s . J a n e S u g g s , p r o v i d e d c o n s i d e r a b l e d a t a r e s o u r c e s a n d c o n s t r u c t i v e c r i t i c i s m o f t h e w o r k .

The members o f t h e S t o r m w a t e r Management A d v i s o r y C o m m i t t e e , a g r o u p o f c i t i z e n s h a v i n g p r o f e s s i o n a l a n d c i v i c i n t e r e s t i n t h e s u b j e c t , p r o v i d e d e x t r a o r d i n a r i l y h e l p f u l r e a c t i o n s t o t h e r e s e a r c h a s i t p r o g r e s s e d . The members d i d n o t a l w a y s a g r e e w i t h t h e r e c o m m e n d a t i o n s o f t h e p r o j e c t , n o r d i d t h e p r i n c i p a l i n v e s t i g a t o r a l w a y s a c c e p t t h e v i e w s o f t h e m e m b e r s o f t h e C o m m i t t e e , f o r t h e n a t u r e o f s t o r m w a t e r m a n a g e m e n t i s t h a t t h e f a c t s d i s c e r n i b l e l e a v e c o n s i d e r a b l e room f o r r e a s o n a b l e p e o p l e t o d i s a g r e e o n a c o u r s e o f a c t i o n . T h e C o m m i t t e e w i l l i s s u e a s e p a r a t e r e c o m m e n d a t i o n t o t h e C i t y C o u n c i l . The members o f t h e C o m m i t t e e a r e M r . J i m B o g a n , M r . J o h n B u r m e i s t e r , M s . S u s a n F o s t e r , M r . Bob G r i m e s , M r . J o h n H u s o n , M r . D a v e L e w i s , M r . L e e McLaren, M r . B i l l McCoy a n d M r . Sam S m i t h . W e n o t e w i t h s a d n e s s t h e p a s s i n g o f M r . G e o r g e S e l d e n i n D e c e m b e r 1 9 8 5 . H i s c o n t r i b u t i o n s t o t h i s s u b j e c t a n d t o o r d e r l y p r o g r e s s i n C h a r l o t t e w i l l b e m i s s e d .

O n e h e s i t a t e s t o m e n t i o n t h e n a m e s of a l l w h o h e l p i n s u c h a p r o j e c t f o r f e a r o f o m i s s i o n , b u t c e r t a i n l y some s h o u l d b e t h a n k e d f o r s p e c i a l c o n t r i b u t i o n . M r . H a r o l d E d d i n s a n d M r . Macon J a c k s o n o f t h e U S . G e o l o g i c a l S u r v e y p r o v i d e d much h a r d - t o - f i n d h y d r o l o g i c d a t a c o l l e c t e d i n M e c k l e n b u r g C o u n t y . T h e v a l u e o f USGS d a t a i s l a r g e l y u n d e r e s t i m a t e d . O n l y t h r o u g h t h e u s e of m e a s u r e d d a t a c a n d e s i g n p r o c e d u r e s b e e v a l u a t e d . M r . J o h n T u c k e r o f t h e C.E. Dept., NCSU, p r o v i d e d v a l u a b l e a s s i s t a n c e i n c o n s t r u c t i o n c o s t e s t i m a t i n g a n d m i c r o c o m p u t e r a p p l i c a t i o n s .

(4)

ABSTRACT

T h e C i t y o f C h a r l o t t e e x p e r i e n c e s c o n s i d e r a b l e d a m a g e a n d i n c o n v e n i e n c e a s s o c i a t e d w i t h f l o o d i n g and s t r e a m b a n k d e g r a d a t i o n i n u r b a n c o l l e c t o r s t r e a m s h a v i n g w a t e r s h e d s o f s i z e s r a n g i n g f r o m 20 acres t o a b o u t o n e s q u a r e m i l e . T h e r e s e a r c h i s i n t e n d e d t o p r o v i d e i n f o r m a t i o n f o r C i t y o f f i c i a l s t o u s e i n r e v i s i n g o r d i n a n c e s , p o l i c i e s a n d p r o c e d u r e s . The i n v e s t i g a t o r s e v a l u a t e d s p e c i f i c i n s t r u m e n t s , c h i e f l y t h e f l o o d - p l a i n r e s t r i c t i o n o f t h e s u b d i v i s i o n o r d i n a n c e , t h e d e t e n t i o n p r o v i s i o n o f t h e z o n i n g o r d i n a n c e , t h e s t o r m w a t e r d e s i g n m a n u a l a n d t h e s t o r m - d r a i n a g e r e p a i r p o l i c y .

T h e f l o o d - p l a i n r e s t r i c t i o n o f t h e s u b d i v i s i o n o r d i n a n c e o f t h e C i t y o f C h a r l o t t e p r o h i b i t s c o n s t r u c t i o n b e l o w t h e e l e v a t i o n o f t h e 2 0 - y e a r f 1 0 0 6 , p l u s t w o f e e t . T h e e l e v a t i o n o f t h e 20- y e a r f l o o d , p l u s t w o f e e t , is c o m f o r t a b l y c l o s e t o a n d s l i g h t l y a b o v e t h e e l e v a t i o n o f t h e 1 0 0 - y e a r f l o o d i n a l l c a s e s a n a l y z e d .

T h e d e s i g n o b j e c t i v e o f t h e d e t e n t i o n r e q u i r e m e n t i s t h a t t h e p e a k o u t f l o w f r o m t h e s i t e a f t e r d e v e l o p m e n t b e n o g r e a t e r t h a n t h e p e a k o u t f l o w f r o m t h e s i t e p r i o r t o d e v e l o p m e n t i n t h e t e n - y e a r storm. I t i s recommended t h a t t h e stormwater d e t e n t i o n p r o v i s i o n b e r e v i s e d s u c h t h a t a f e e i s c h a r g e d t o w a r d w h i c h c r e d i t c a n b e e a r n e d f o r e f f e c t i v e i n s t a l l e d d e t e n t i o n . p r o v i d e f o r p a y m e n t t o b e m a d e b y t h e C i t y t o d e v e l o p m e n t s i n w h i c h e f f e c t i v e d e t e n t i o n c a n b e s u p p l i e d i n e x c e s s o f t h a t n o m i n a l l y r e q u i r e d b y t h e d e s i g n o b j e c t i v e o f t h e o r d i n a n c e . R e m o v e t h e e x c l u s i o n o f s m a l l s i t e s f r o m c o v e r a g e by t h e o r d i n a n c e . E x t e n d c o v e r a g e t o s i n g l e f a m i l y d e v e l o p m e n t s . T h e S t o r m w a t e r Impoundment D e s i g n M a n u a l is i n n e e d o f u p d a t i n g w i t h r e s p e c t t o h y d r o g r a p h f o r m u l a t i o n a n d h y d r a u 1 i c a n a l y t i c a l p r o c e d u r e s .

A g r a d u a t e d s e t o f l e v e l s o f s e r v i c e was s u g g e s t e d f o r t h e m a n a g e m e n t of u r b a n c o l l e c t o r s t r e a m s . D e s c r i p t o r s s u i t e d f o r c o m m u n i c a t i n g p e r f o r m a n c e o b j e c t i v e s b e t w e e n d e s i g n e r s a n d l a y p e r s o n s were f o r m u l a t e d .

C o s t e s t i m a t e s were m a d e f o r i m p l e m e n t i n g i m p r o v e m e n t s t o t h e s t r e a m s y s t e m . T h e a p p r o a c h e s were t o c o n t i n u e t h e p r e s e n t r e s p o n s i v e a p p r o a c h , t o i m p r o v e t h e l e v e l o f s e r v i c e o f s t r e a m s , a n d t o i n c r e a s e t h e s t a n d a r d d e s i g n storm.

(5)

TABLE OF CONTENTS

Page

ACKNOWLEDGMENT

...

i i i

LIST OF TABLES

...m...m..m...mm.mm

ix

RECOMMENDATIONS

...~...~...~..~~~..m.~...

xvi

I

.

INTRODUCTION

...

1

Flood-plain

restriction...^...

...

Detention P r o v i s i o n

...

Stormwater ~mpoundment ~ e s i g n Manual

...

(6)

TABLE O F CONTENTS ( C o n t i n u e d )

SYSTEM COMPLAINTS

C a t e g o r ie

I m p l e m e n t ind dings

.

s of C o m p l a i n t s

...

. ed S o l u t i o n s

...

ANALYSIS O F ORDINANCES AND P O L I C I E S

...mm....

F l o o d w a y restriction...^.^....^.^...^.

~ u s t i f i c a t i o n of proposed P r o c e d u r e

STORM DRAINAGE REPAIR P O L I C Y

. . . ~ . . ~ ~ ~ . ~ ~ ~ . ~ ~ ~ . ~

LEVELS OF S E R V I C E A P P L I E D TO URBAN STREAMS

...

TRANSPORTATION LEVEL OF S E R V I C E

...

C a p a c i t y L e v e l of S e r v i c e

(7)

TABLE OF CONTENTS ( C o n t i n u e d )

P a g e

APPLICABILITY OF LOS FOR URBAN STREAMS... 8 5

T h e LOS C o n c e p t a s a N a n a g e m e n t ~ o o l

...

8 6 C u r r e n t M a n a g e m e n t o f S t r e a m s i n C h a r l o t t e

...

8 6 R o l e of LOS Measures i n F u t u r e M a n a g e m e n t

...

8 7 C o m p a r i s o n o f S t r e a m s a n d Streets... 8 8

DEVELOPMENT OF LOS FOR STREAMS

...

8 9

9 6

S a m p l e T r i b u t a r y Area

...am..

9 6 S a m p l e o f M c M u l l e n C r e e k C o m p l a i n t s

...

9 9 FINDINGS

...

1 0 3

V I

.

PHYSICAL TREATMENTS FOR URBAN STREAMS

...

...m...m...

R e c o m m e n d a t i o n s

FINANCIAL MANAGEMENT OF STORMWATER SYSTEMS

Existing Developments

...

New ~ e v e l o p m e n t s

Stormwater Utility

...

VIII. REFERENCES.. ...a*...

A. SELECTED CHARLOTTE STREAMFLOW DATA

...

LISTING COMPLAINT FILES STUDIED. . . . o o . o . . o . , , C

.

RAINFALL TABLES COMPUTED FOR CHARLOTTE. NCo

..

0..

Page 125

(9)

66 V- 1 Summary o f C o m p l a i n t F i l e s

...

1 0 0

L I S T OF FIGURES

P a g e 11-1 11-2 11-3 111-1 111-2 111-3 111-4 111-5 111-6 111-7 111-8 111-9 111-10 IV- 1 IV-2 IV-3 IV-4 IV- 5 IV-6 IV-7

C o m p a r i s o n o f P a t t e r n w i t h H i s t o r i c a l S t o r m

...

C o m p a r i s o n o f P a t t e r n w i t h H i s t o r i c a l S t o r m

...

Depth-Duration-Frequency Curves f o r Charlotte

...

(10)

SUMMARY

T h e C i t y o f C h a r l o t t e , s i m i l a r l y t o o t h e r N o r t h C a r o l i n a c i t i e s , e x p e r i e n c e s c o n s i d e r a b l e d a m a g e a n d i n c o n v e n i e n c e a s s o c i a t e d w i t h w i t h t h e m i s b e h a v i o r o f u r b a n c o l l e c t o r streams, t h e term u s e d h e r e t o d e s i g n a t e s t r e a m s h a v i n g w a t e r s h e d s o f s i z e s r a n g i n g f r o m 2 0 a c r e s t o a b o u t o n e s q u a r e m i l e . T h e m i s b e h a v i o r c o n s i s t s m a i n l y o f f l o o d i n g a n d s t r e a m b a n k d e g r a d a t i o n . T h e l o n g r a n g e g o a l o f t h e C i t y , t o w h i c h t h i s p r o j e c t i s d i r e c t e d , i s t o e s t a b l i s h a s t o r m w a t e r m a n a g e m e n t p r o g r a m f o r s t r e a m s whose w a t e r s h e d s r a n g e f r o m 20 a c r e s t o o n e s q u a r e mile. The r e s e a r c h is i n t e n d e d t o p r o v i d e i n f o r m a t i o n f o r C i t y o f f i c i a l s t o u s e i n a c c o m p l i s h i n g t h e g o a l . T h e i n v e s t i g a t o r s e v a l u a t e d s p e c i f i c i n s t r u m e n t s t h a t t h e C i t y o f C h a r l o t t e u s e s i n stormwater management. Chief among t h e s e a r e t h e f l o o d - p l a i n r e s t r i c t i o n o f t h e s u b d i v i s i o n o r d i n a n c e , t h e d e t e n t i o n p r o v i s i o n o f t h e z o n i n g o r d i n a n c e , t h e s t o r m w a t e r d e s i g n m a n u a l a n d t h e s t o r m - d r a i n a g e r e p a i r p o l i c y .

The f l o o d - p l a i n r e s t r i c t i o n o f t h e s u b d i v i s i o n o r d i n a n c e o f t h e C i t y o f C h a r l o t t e p r o h i b i t s c o n s t r u c t i o n b e l o w t h e e l e v a t i o n o f t h e 2 0 - y e a r f l o o d , p l u s t w o f e e t . T h i s p r o v i s i o n p r e d a t e s t h e f l o o d - p l a i n r e g u l a t o r y s t a n d a r d s a p p l y i n g t o s t r e a m s h a v i n g w a t e r s h e d s g r e a t e r t h a n o n e s q u a r e m i l e , w h i c h a r e b a s e d o n t h e e l e v a t i o n o f t h e 1 0 0 - y e a r f l o o d . T h e e l e v a t i o n o f t h e 2 0 - y e a r f l o o d , p l u s t w o f e e t , i s c o m f o r t a b l y c l o s e t o and s l i g h t l y a b o v e t h e e l e v a t i o n o f t h e 1 0 0 - y e a r f l o o d i n a l l cases a n a l y z e d .

The d e t e n t i o n r e q u i r e m e n t p r o v i d e s f o r t h e i n s t a l l a t i o n o f s t o r m w a t e r d e t e n t i o n p o n d s o n s i t e a t d e v e l o p m e n t s o f d e n s e c o m p o s i t i o n e x c e e d i n g a c e r t a i n a r e a . T h e d e s i g n o b j e c t i v e i s t h a t t h e p e a k o u t f l o w f r o m t h e s i t e a f t e r d e v e l o p m e n t b e n o g r e a t e r t h a n t h e p e a k o u t f l o w f r o m t h e s i t e p r i o r t o d e v e l o p m e n t ,

(11)

f a c i l i t i e s t h a t a r e i n e f f e c t i v e . T h e common c a s e s o b s e r v e d i n v o l v e d i v i d i n g t h e d e t e n t i o n - s t o r a g e r e q u i r e m e n t among s e v e r a l b a s i n s w i t h i n t h e s i t e , The i n t e r a c t i o n o f t h e n e t w o r k o f b a s i n s d o e s n o t n e c e s s a r i l y p r o d u c e r e s u l t s c o m m e n s u r a t e w i t h t h e o b j e c t i v e o f t h e o r d i n a n c e .

I t is recommended t h a t t h e stormwater d e t e n t i o n p r o v i s i o n b e r e v i s e d s u b s t a n t i a l l y . I n p a r t i c u l a r , t h e c u r r e n t r e q u i r e m e n t f o r d e t e n t i o n t o b e i n c l u d e d a t e a c h s i t e s h o u l d b e r e p l a c e d b y o n e i n w h i c h a f e e i s c h a r g e d t o w a r d w h i c h c r e d i t c a n b e e a r n e d f o r e f f e c t i v e i n s t a l l e d d e t e n t i o n . p r o v i d e f o r d e v e l o p e r s t o i n s t a l l e f f e c t i v e d e t e n t i o n f a c i l i t i e s t o w a r d a r e f u n d o f t h e f e e . A d e q u a c y o f p r o p o s e d f a c i l i t i e s s h o u l d b e j u d g e d i n a n e n g i n e e r i n g p l a n r e v i e w . R e f u n d o f t h e f e e s h o u l d b e c o n t i n g e n t u p o n c e r t i f i c a t i o n b y a p r o f e s s i o n a l e n g i n e e r t h a t c o n s t r u c t e d f a c i l i t i e s a r e i n a c c o r d w i t h t h e a p p r o v e d p l a n . P r o v i d e f o r p a y m e n t t o b e made b y t h e C i t y t o d e v e l o p m e n t s i n w h i c h e f f e c t i v e d e t e n t i o n c a n b e s u p p l i e d i n e x c e s s o f t h a t n o m i n a l l y r e q u i r e d b y t h e d e s i g n o b j e c t i v e o f t h e o r d i n a n c e . Remove t h e e x c l u s i o n o f s m a l l s i t e s f r o m c o v e r a g e b y t h e o r d i n a n c e . E x t e n d c o v e r a g e t o s i n g l e f a m i l y d e v e l o p m e n t s .

T h e S t o r m w a t e r I m p o u n d m e n t D e s i g n M a n u a l i s i n n e e d o f u p d a t i n g w i t h r e s p e c t t o h y d r o g r a p h f o r m u l a t i o n a n d h y d r a u 1 i c a n a l y t i c a l p r o c e d u r e s . I f t h i s i s d o n e , d e s i g n e r s w i l l u n q u e s t i o n a b l y f i n d t h a t s m a l l s i t e s w i l l n e e d l a r g e r i m p o u n d m e n t s t h a n f o r m e r l y e x p e c t e d . The h y d r o g r a p h f o r m u l a t i o n m e t h o d i n c o r p o r a t i n g t h e M o d i f i e d R a t i o n a l M e t h o d s h o u l d b e d e l e t e d . D e s i g n e r s s h o u l d b e a 1 lo w e d t h e a 1 t e r n a t i v e s o f £ 0 1 l o w i n g t h e p r o c e d u r e o f t h e T a b u l a r M e t h o d o f T e c h n i c a l R e l e a s e N o . 5 5 , S o i l C o n s e r v a t i o n S e r v i c e , o r o f f o l l o w i n g t h e c l o s e l y r e l a t e d s m a l l w a t e r s h e d m e t h o d g i v e n i n t h i s r e p o r t . E v e r y s t o r m w a t e r i m p o u n d m e n t s u b m i t t e d f o r a p p r o v a 1 s h o u l d b e a c c o m p a n i e d b y a f l o o d r o u t i n g c o m p u t a t i o n v e r i f y i n g a d e q u a t e p e r f o r m a n c e i n t h e d e s i g n storm a n d r e f l e c t i n g t h e i n f l u e n c e o f b a s i n g e o m e t r y a n d o u t l e t h y d r a u l i c s .

A g r a d u a t e d s e t o f m e a s u r e s o f l e v e l s o f s e r v i c e w a s p r e p a r e d f o r s u g g e s t i o n a s a b a s i s f o r c o n s i d e r a t i o n s a n d d e c i s i o n m a k i n g i n c o n n e c t i o n w i t h t h e m a n a g e m e n t o f u r b a n c o l l e c t o r s t r e a m s . D e s c r i p t o r s s u i t e d f o r c o m m u n i c a t i n g p e r f o r m a n c e o b j e c t i v e s b e t w e e n d e s i g n e r s a n d l a y p e r s o n s were f o r m u l a t e d f o r t h e f o l l o w i n g l e v e l s :

A , STREAM I S I N A NATURAL CONDITION.

B. STREAM I S I N A DESIRABLE CONDITION. C e STREAM I S I N A TOLERABLE CONDITION. D e STREAM IS I N AN UNACCEPTABLE CONDITION.

E m STREAM I S I N A DAMAGING CONDITION.

(12)

t o t h e E n g i n e e r i n g D e p a r t m e n t . A m i c r o c o m p u t e r - b a s e d p r o j e c t e s t i m a t i n g p r o c e d u r e was d e v e l o p e d b a s e d upon t h e e x p e r i e n c e t o d a t e w i t h d e s i g n s i n r e s p o n s e t o c i t i z e n c o m p l a i n t s and r e q u e s t s

f o r i m p r o v e m e n t s u n d e r t h e s t o r m - d r a i n a g e r e p a i r p o l i c y . A

c o m p u t e r p r o g r a m f o r r o u t i n e d e s i g n o f c h a n n e l s a n d s w a l e s was a l s o p r o v i d e d . T h e c o m p r e h e n s i v e a n a l y s i s o f c o m p l a i n t s a n d r e s p o n s e s h a s l e d t o a more s y s t e m a t i c u n d e r s t a n d i n g o f d r a i n a g e i s s u e s a n d a l t e r n a t i v e s .

I t i s r e c o m m e n d e d t h a t t h e l a r g e n u m b e r o f t r i v i a l c o m p l a i n t s b e d e a l t w i t h d i f f e r e n t l y . I t i s e v i d e n t t h a t many p r o b l e m s b r o u g h t t o t h e e n g i n e e r i n g g r o u p h a v e t o d o w i t h m i n o r e r o s i o n , o r s h a l l o w s t a n d i n g w a t e r , i n r e s i d e n t i a l y a r d s . I n

s u c h a c a s e , e d u c a t i o n a l h e l p t o w a r d a s i m p l e r i m p r o v e m e n t m i g h t h a v e b e e n u s e f u l . The p e r s u a s i o n t o t h e d o m i n a n t p i p e s o l u t i o n seems t o b e b a s e d o n t h e d e s i r e o f a 1 1 c o n c e r n e d f o r a p e r m a n e n t , m a i n t e n a n c e - f r e e s o l u t i o n . B u t t h e r e f o r m i n g and s e e d i n g o f t h e s u r f a c e b y t h e r e s i d e n t may b e m o r e e c o n o m i c a l a n d m o r e r e a s o n a b l e f o r a 1 1 c o n c e r n e d .

F o u r a p p r o a c h e s t o stormwater s y s t e m i m p r o v e m e n t were drawn. A c o s t estimate f o r i m p l e m e n t i n g t h e a p p r o a c h e s was d e r i v e d f o r a s a m p l e w a t e r s h e d . The s a m p l e r e s u l t s were e x t r a p o l a t e d t o y i e l d c i t y - w i d e e s t i m a t e s . B e c a u s e t h e y a r e s o a p p r o x i m a t e , t h e e s t i m a t e s a r e u s e f u l o n l y t o t h e e x t e n t o f r a n k i n g t h e a 1 t e r n a t i v e s and a i d i n g j udgments i n r e l a t i v e c o m p a r i s o n s w i t h City i n v e s t m e n t i n o t h e r a r e a s , s u c h a s t r a f f i c management.

T h e a p p r o a c h now u s e d may b e d e s c r i b e d a s a r e s p o n s i v e a p p r o a c h t o management o f u r b a n c o l l e c t o r streams. A p r o b l e m i s i d e n t i f i e d , a s o l u t i o n i s s o u g h t , a p l a n i s p u t i n p l a c e . p r o b l e m s l i k e l y t o r e c u r a r e a d d r e s s e d t h r o u g h s u c h i n s t r u m e n t s a s t h e f l o o d - p l a i n o r d i n a n c e and t h e d e t e n t i o n r e q u i r e m e n t . The e s t i m a t e d a n n u a l e x p e n d i t u r e i n m a n a g e m e n t u n d e r t h e c u r r e n t a p p r o a c h is a p p r o x i m a t e l y $260,000.

One a 1 t e r n a t i v e is t o a c c e p t m a i n t e n a n c e r e s p o n s i b i l i t y f o r s t r e a m s t o t h e e x t e n t o f p r o v i d i n g t h e e n g i n e e r i n g a n d f i e l d r e s o u r c e s n e c e s s a r y t o i n s p e c t a n d i m p r o v e s t r e a m s t o l e v e l o f s e r v i c e C (LOS C ) o v e r a f i v e - y e a r p e r i o d . B a s e d o n c o n d i t i o n s p r e v a i l i n g i n t h e s a m p l e a r e a , t h e c i t y - w i d e c o s t o f i m p r o v e m e n t t o LOS C is e s t i m a t e d a t $1,800,000 a n n u a l l y f o r f i v e y e a r s .

A n o t h e r a l t e r n a t i v e is t o a c c e p t m a i n t e n a n c e r e s p o n s i b i l i t y f o r streams t o t h e e x t e n t o f p r o v i d i n g t h e e n g i n e e r i n g and f i e l d r e s o u r c e s n e c e s s a r y t o i n s p e c t a n d i m p r o v e s t r e a m s t o l e v e l o f s e r v i c e B o v e r a f i v e - y e a r p e r i o d . B a s e d o n c o n d i t i o n s p r e v a i l i n g i n t h e s a m p l e a r e a , t h e c i t y - w i d e c o s t o f i m p r o v e m e n t

t o LOS B i s e s t i m a t e d a t $3,600,000 a n n u a l l y f o r f i v e y e a r s .

Some c o n c e r n h a s b e e n e x p r e s s e d a b o u t t h e l e v e l o f d e s i g n

(13)

b e i n g t h e l o - y e a r s t o r m f o r d e s i g n o f u r b a n c o l l e c t o r s t r e a m s a g a i n s t o u t - o f - b a n k f l o o d i n g . T h e p o i n t was made t h a t s u c h a l o w l e v e l g e n e r a t e s m a n y o p p o r t u n i t i e s f o r c o m p l a i n t s , a n d t h a t a h i g h e r l e v e l o f p r o t e c t i o n a g a i n s t o u t - o f - b a n k f l o o d i n g o u g h t t o b e c o n s i d e r e d . T h e e s t i m a t e d c o s t o f i n c r e a s i n g t h e i n - b a n k c a p a c i t y o f u r b a n c o l l e c t o r s t r e a m s t o t h e c a p a c i t y o f t h e 2 5 - y e a r f l o o d is a t l e a s t $ 7 , 4 0 0 , 0 0 0 a n n u a l l y f o r f i v e y e a r s .

T o a c h i e v e h i g h p e r f o r m a n c e g o a l s f o r u r b a n c o l l e c t o r s t r e a m s r e q u i r e s c o m p r e h e n s i v e t r e a t m e n t . C o n s i d e r a t i o n o f a d m i n i s t r a t i v e s t r u c t u r e f o r e f f i c i e n t c o m p r e h e n s i v e t r e a t m e n t l e a d s d i r e c t l y t o t h e c o n c e p t o f t h e s t o r m w a t e r u t i l i t y .

T h e p r i n c i p a l b e n e f i t s t o b e a c c r u e d f r o m f o r m a t i o n of t h e u t i l i t y a r e t h e e s t a b l i s h m e n t o f a b a s e f o r c o m p r e h e n s i v e t r e a t m e n t , l o n g - r a n g e p l a n n i n g a n d s e c u r e f i n a n c i a l s u p p o r t , t o t h e e n d o f a c h i e v i n g s t o r m w a t e r m a n a g e m e n t g o a l s w i t h e c o n o m i c e f f i c i e n c y .

(14)

CONCLUSIONS

S t o r m w a t e r Management i n u r b a n c o l l e c t o r s t r e a m s is a t w o - p a r t p r o b l e m . Two a s p e c t s o f t h e i s s u e m u s t b e t r e a t e d e i t h e r s e p a r a t e l y o r c o m p r e h e n s i v e l y . T h e s e a r e t h e u p k e e p o f t h e e x i s t i n g s t r e a m s y s t e m a n d t h e r e s p o n s e t o new d e v e l o p m e n t s . Most o f t h e u r b a n c o l l e c t o r s t r e a m s a r e now i n w a t e r s h e d s t h a t a r e e s s e n t i a l l y d e v e l o p e d .

The e l e v a t i o n o f t h e 2 0 - y e a r f l o o d , p l u s t w o f e e t , i s c o m f o r t a b l y c l o s e t o and s l i g h t l y a b o v e t h e e l e v a t i o n o f t n e 1 0 0 - y e a r f l o o d i n a l l c a s e s a n a l y z e d .

T h e i n c e n t i v e s t r u c t u r e o f t h e C h a r l o t t e d e t e n t i o n r e q u i r e m e n t a n d i t s i m p l e m e n t i n g p r o c e d u r e s e n c o u r a g e s t r i v i a l a d d - o n f a c i l i t i e s r e s u l t i n g i n n o m i n a l c o m p l i a n c e a n d l i t t l e o r n o e f f e c t i v e n e s s i n some cases.

A m a j o r i t y o f d e t e n t i o n f a c i l i t i e s a r e d e s i g n e d a n d i n s t a l l e d a c c o r d i n g t o t h e o r d i n a n c e .

T h e o r d i n a n c e r e q u i r e s some d e t e n t i o n b a s i n s t o b e c o n s t r u c t e d w h e r e n o s i g n i f i c a n t b e n e f i t w o u l d a c c r u e f r o m d e t e n t i o n ,

The o r d i n a n c e d o e s n o t p r o v i d e a n i n c e n t i v e t o s u p p l y e x t r a d e t e n t i o n o n s i t e s w h e r e s u c h i s p o s s i b l e . o p p o r t u n i t i e s t o h a v e e f f e c t i v e r e g i o n a l d e t e n t i o n f a c i l i t i e s were m i s s e d .

F o l l o w u p i n s p e c t i o n s o f c o n s t r u c t e d f a c i l i t i e s s h o w t h a t i n some c a s e s i n s t a l l a t i o n d i d n o t c o r r e s p o n d t o t h e a p p r o v e d p l a n . A l l s u c h d i f f e r e n c e s d o n o t n e c e s s a r i l y m e a n t h a t t h e i m p o u n d m e n t s w o u l d m a l f u n c t i o n , b u t t h e y r a i s e q u e s t i o n s .

I t i s p o s s i b l e u n d e r t h e o r d i n a n c e t o d e s i g n a n d i n s t a l l p e r m i s s i b l e d e t e n t i o n f a c i l i t i e s t h a t a r e i n e f f e c t i v e .

The 1 0 - y e a r s t o r m r e m a i n s a s t h e m a g n i t u d e p r o v i d i n g t h e w i d e s t s p e c t r u m o f r e d u c t i o n o f o u t - o f - b a n k f l o o d s . Some s p e c i f i c c a s e s may a r i s e i n w h i c h i t i s f o u n d t o b e b e s t t o d e s i g n f o r a l a r g e r s t o r m , p e r h a p s i n t h e c a s e o f a r e g i o n a l f l o o d - c o n t r o l f a c i l i t y .

(15)

T h e r e i s need f o r f l e x i b i l i t y i n t h e a p p l i c a t i o n o f t h e d e t e n t i o n r e q u i r e m e n t . T h r e e d i s t i n c t s i t u a t i o n s a r i s e f r e q u e n t l y enough t o s u p p o r t t h e view:

a . T h e r e a r e c a s e s w h e r e d e t e n t i o n i s r e q u i r e d , b u t i t w i l l l i k e l y b e i n e f f e c t i v e .

b . T h e r e a r e cases w h e r e i t i s u n u s u a l l y e x p e n s i v e t o i n c l u d e d e t e n t i o n o n t h e s i t e b e i n g d e v e l o p e d .

c .

here

a r e c a s e s w h e r e t h e r e a r e o p p o r t u n i t i e s t o s u p p l y s i g n i f i c a n t l y more e f f e c t i v e d e t e n t i o n t h a n i s r e q u i r e d u n d e r t h e o r d i n a n c e .

The C h a r l o t t e S t o r m w a t e r Impoundment ~ e s i g n Manual i s i n n e e d o f u p d a t i n g w i t h r e s p e c t t o h y d r o g r a p h f o r m u l a t i o n a n d h y d r a u l i c a n a l y t i c a l p r o c e d u r e s . I f

t h i s is d o n e , d e s i g n e r s w i l l u n q u e s t i o n a b l y f i n d t h a t s m a l l s i t e s w i l l need l a r g e r impoundments t h a n f o r m e r l y e x p e c t e d .

R e s p o n s e t i m e t o a t y p i c a l d r a i n a g e c o m p l a i n t h a d b e c o m e l o n g d u e t o t h e g r o w t h o f demand f o r s e r v i c e a n d c o m p e t i n g demands f o r e n g i n e e r i n g s e r v i c e s , s u c h a s i n s u b d i v i s i o n p l a n r e v i e w .

F i l e s i n d i c a t e t h a t e r o s i o n i s t h e m o s t f r e q u e n t c o m p l a i n t . T h e t o t a l c o s t o f r e s p o n d i n g t o f l o o d i n g c o m p l a i n t s e x c e e d s t h e c o s t o f r e s p o n d i n g t o a n y o t h e r s i n g l e c a t e g o r y o f c o m p l a i n t .

E n g i n e e r i n g r e s p o n s e s t o s y s t e m c o m p l a i n t s seem e x c e s s i v e l y e x p e n s i v e i n some cases. T y p i c a l r e s p o n s e t o a m i n o r e r o s i o n c o m p l a i n t i s a p i p e d s y s t e m .

A s i z a b l e n u m b e r o f c o m p l a i n t s h a v e b e e n f o r t r i v i a l b a c k y a r d d r a i n a g e p r o b l e m s t o b e e x p e c t e d u n d e r n o r m a l cond i t i o n s .

(16)

RECOMMENDATIONS

T h e r e i s n o c o m p e l l i n g r e a s o n t o make a n y c h a n g e i n t h e f l o o d - p l a i n r e s t r i c t i o n . T h e c o n t r o l 1 i n g c r i t e r i o n t h a t c o n s t r u c t i o n is p r o h i b i t e d b e l o w t h e l e v e l o f t h e 2 0 - y e a r f l o o d , p l u s two f e e t , c o m p a r e s f a v o r a b l y w i t h c o m p a r a b l e c o n t r o l s b a s e d o n t h e 1 0 0 - y e a r f l o o d i n s t r e a m s w h o s e w a t e r s h e d s e x c e e d o n e s q u a r e m i l e i n a r e a ,

T h e s t o r m w a t e r d e t e n t i o n p r o v i s i o n s h o u l d b e r e v i s e d s u b s t a n t i a l l y . I n p a r t i c u l a r , t h e c u r r e n t r e q u i r e m e n t f o r d e t e n t i o n t o b e i n c l u d e d a t e a c h s i t e s h o u l d b e r e p l a c e d by o n e i n w h i c h a f e e is c h a r g e d t o w a r d w h i c h c r e d i t c a n b e e a r n e d f o r e f f e c t i v e i n s t a l l e d d e t e n t i o n . P r o v i d e f o r s i t e d e v e l o p e r s t o p a y a f e e t o a c c o u n t f o r stormwater s y s t e m i m p r o v e m e n t s n e e d e d t o o f f s e t e f f e c t s o f d e v e l o p m e n t , The funds c o l l e c t e d s h o u l d be r e s e r v e d

f o r d r a i n a g e i m p r o v e m e n t s . I m p r o v e m e n t s s h o u l d n o t b e l i m i t e d t o stormwater d e t e n t i o n f a c i l i t i e s , n o r s h o u l d f u n d s n e c e s s a r i l y b e u s e d i m m e d i a t e l y b e l o w t h e s i t e f r o m w h i c h t h e y were c o l l e c t e d .

P r o v i d e f o r d e v e l o p e r s t o i n s t a l 1 e f f e c t i v e d e t e n t i o n f a c i l i t i e s t o w a r d a r e f u n d o f t h e f e e . A d e q u a c y of p r o p o s e d f a c i l i t i e s s h o u l d be j u d g e d i n a n e n g i n e e r i n g p l a n r e v i e w . R e f u n d o f t h e f e e s h o u l d b e c o n t i n g e n t u p o n c e r t i f i c a t i o n b y a p r o f e s s i o n a l e n g i n e e r t h a t c o n s t r u c t e d f a c i l i t i e s a r e i n a c c o r d w i t h t h e a p p r o v e d p l a n .

P r o v i d e f o r p a y m e n t t o b e m a d e b y t h e C i t y t o d e v e l o p m e n t s i n w h i c h e f f e c t i v e d e t e n t i o n c a n b e s u p p l i e d i n e x c e s s of t h a t n o m i n a l l y r e q u i r e d b y t h e

d e s i g n o b j e c t i v e of t h e o r d i n a n c e . P a y m e n t w o u l d b e b a s e d o n d o w n s t r e a m b e n e f i t f r o m e f f e c t i v e d e t e n t i o n p r o p o s e d b y t h e d e v e l o p e r a s d e t e r m i n e d b y t h e d e s i g n a t e d C i t y a d m i n i s t r a t o r .

Remove t h e e x c l u s i o n o f s m a l l s i t e s f r o m c o v e r a g e b y t h e o r d i n a n c e

.

E x t e n d c o v e r a g e o f t h e o r d i n a n c e t o s i n g l e f a m i l y d e v e l o p m e n t s .

B a s e t h e f e e u p o n t h e l a n d a r e a t o b e d e v e l o p e d a n d t h e

p e r c e n t a g e i m p e r v i o u s n e s s o f t h e new d e v e l o p m e n t .

(17)

a .

b

The

T h e h y d r o g r a p h f o r m u l a t i o n m e t h o d i n c o r p o r a t i n g t h e M o d i f i e d R a t i o n a l M e t h o d s h o u l d b e d e l e t e d , a n d d e s i g n s b a s e d o n t h a t m e t h o d s h o u l d b e a c c e p t e d n o l o n g e r . I n i t s p l a c e , d e s i g n e r s s h o u l d b e a l l o w e d t h e a l t e r n a t i v e s o f f o l l o w i n g t h e p r o c e d u r e o f t h e T a b u l a r Method, C h a p t e r 5 o f "Urban H y d r o l o g y f o r S m a l l W a t e r s h e d s , " ~ e c h n i c a l R e l e a s e N o . 5 5 , S o i l C o n s e r v a t i o n S e r v i c e , U.S. Dept. o f A g r i c u l t u r e , o r o f f o l l o w i n g t h e c l o s e l y r e l a t e d s m a l l w a t e r s h e d m e t h o d g i v e n h e r e i n . E v e r y s t o r m w a t e r i m p o u n d m e n t s u b m i t t e d f o r a p p r o v a l s h o u l d b e a c c o m p a n i e d by a f l o o d r o u t i n g c o m p u t a t i o n v e r i f y i n g a d e q u a t e p e r f o r m a n c e i n t h e d e s i g n s t o r m and r e f l e c t i n g t h e i n f l u e n c e o f b a s i n g e o m e t r y and o u t l e t h y d r a u l i c s .

l a r g e number o f t r i v i a l c o m p l a i n t s s h o u l d b e d e a l t w i t h d i f f e r e n t l y . I t i s e v i d e n t t h a t many p r o b l e m s b r o u g h t t o t h e e n g i n e e r i n g g r o u p h a v e t o d o w i t h m i n o r e r o s i o n , o r s h a l l o w s t a n d i n g w a t e r , i n r e s i d e n t i a l y a r d s . T h e d o m i n a t i n g p i p e s o l u t i o n may b e p r u d e n t l y a v o i d e d i n some c a s e s by a d o p t i n g a l e s s s e v e r e d e s i g n storm t h a t w i l l p e r m i t uses o f g r a s s - 1 i n e d s w a l e s .

A b r o c h u r e s h o u l d b e p r e p a r e d f o r r o u t i n e d i s s e m i n a t i o n t o c i t i z e n s who h a v e m i n o r d r a i n a g e p r o b l e m s . S u c h a b r o c h u r e c o u l d l i s t t h e o p t i o n s f o r d e a l i n g w i t h y a r d d r a i n a g e , i n c l u d i n g i n s t r u c t i o n s f o r c i t i z e n c o n s t r u c t i o n o f s m a l l s w a l e s .

T h e C i t y s h o u l d a d o p t l e v e l - o f - s e r v i c e c r i t e r i a f o r a l l o c a t i n g s c a r c e r e s o u r c e s f o r i m p r o v e m e n t s t o u r b a n streams.

(18)

13. I f t h e c u r r e n t m a n a g e m e n t s t r u c t u r e i s m a i n t a i n e d , a t l e a s t f o u r a l t e r n a t i v e s f o r i m p r o v e m e n t s e x i s t . T h e a p p r o a c h e s and a r o u g h c o s t e s t i m a t e f o r i m p l e m e n t a t i o n f o l l o w . T h e estimates a r e u s e f u l o n l y t o t h e e x t e n t o f r a n k i n g t h e a l t e r n a t i v e s a n d a i d i n g j u d g m e n t s i n r e l a t i v e c o m p a r i s o n s w i t h C i t y i n v e s t m e n t i n o t h e r a r e a s , s u c h a s t r a f f i c management.

a . T h e a p p r o a c h now u s e d m a y b e d e s c r i b e d a s a r e s p o n s i v e a p p r o a c h t o m a n a g e m e n t o f u r b a n c o l l e c t o r s t r e a m s . A p r o b l e m i s i d e n t i f i e d , a s o l u t i o n i s s o u g h t , a p l a n i s p u t i n p l a c e . p r o b l e m s l i k e l y t o r e c u r a r e a d d r e s s e d t h r o u g h s u c h i n s t r u m e n t s a s t h e f l o o d - p l a i n o r d i n a n c e a n d t h e d e t e n t i o n r e q u i r e m e n t . T h e e s t i m a t e d a n n u a l e x p e n d i t u r e i n m a n a g e m e n t u n d e r t h e c u r r e n t a p p r o a c h is a p p r o x i m a t e l y $260,000.

O n e a l t e r n a t i v e i s t o a c c e p t m a i n t e n a n c e r e s p o n s i b i l i t y f o r s t r e a m s t o t h e e x t e n t o f p r o v i d i n g t h e e n g i n e e r i n g a n d f i e l d r e s o u r c e s n e c e s s a r y t o i n s p e c t a n d i m p r o v e s t r e a m s t o l e v e l o f s e r v i c e C o v e r a f i v e - y e a r p e r i o d . LOS C i s t h e t o l e r a b l e c o n d i t i o n . B a s e d o n c o n d i t i o n s p r e v a i l i n g i n t h e s a m p l e a r e a , t h e c i t y - w i d e c o s t o f i m p r o v e m e n t t o LOS C is e s t i m a t e d a t $ 1 , 8 0 0 , 0 0 0 a n n u a l l y f o r f i v e y e a r s .

c . A n o t h e r a l t e r n a t i v e i s t o a c c e p t m a i n t e n a n c e r e s p o n s i b i l i t y f o r s t r e a m s t o t h e e x t e n t o f p r o v i d i n g t h e e n g i n e e r i n g a n d f i e l d r e s o u r c e s n e c e s s a r y t o i n s p e c t a n d i m p r o v e s t r e a m s t o l e v e l o f s e r v i c e 13 o v e r a f i v e - y e a r p e r i o d . LOS B i s t h e c o n d i t i o n most o b s e r v e r s w o u l d d e s c r i b e a s d e s i r a b l e . B a s e d o n c o n d i t i o n s p r e v a i l ing i n t h e s a m p l e a r e a , t h e c i t y - w i d e c o s t of i m p r o v e m e n t t o LOS B is e s t i m a t e d a t $3,600,000 a n n u a l l y f o r f i v e y e a r s .

Some c o n c e r n h a s b e e n e x p r e s s e d a b o u t t h e l e v e l o f d e s i g n b e i n g the l o - y e a r storm f o r d e s i g n of u r b a n c o l l e c t o r s t r e a m s a g a i n s t o u t - o f - b a n k f l o o d i n g . The p o i n t was made t h a t s u c h a l o w l e v e l g e n e r a t e s m a n y o p p o r t u n i t i e s f o r c o m p l a i n t s , a n d t h a t a h i g h e r l e v e l o f p r o t e c t i o n a g a i n s t o u t - o f - b a n k f l o o d i n g o u g h t t o b e c o n s i d e r e d . I n t h e s a m p l e a r e a a n e s t i m a t e was m a d e of t h e e x p e n s e o f i n c r e a s i n g t h e c a p a c i t y o f s t r e a m s t o a c c o m m o d a t e t h e 2 5 - y e a r f l o o d w i t h i n b a n k s o v e r a f i v e - y e a r p e r i o d . The e s t i m a t e is t e n u o u s , a n d l i k e l y l o w ,

(19)

b e c a u s e o f t h e d i f f i c u l t y o f a n t i c i p a t i n g t h e n e e d f o r e x t e n s i v e s t r u c t u r a l m o d i f i c a t i o n a t c u l v e r t s a n d t i g h t p l a c e s i n t h e s a m p l e w a t e r s h e d , a n d more s o c i t y w i d e . T h e e s t i m a t e d c o s t o f i n c r e a s i n g t h e i n - b a n k c a p a c i t y o f u r b a n c o l l e c t o r streams t o t h e c a p a c i t y o f t h e 2 5 - y e a r f l o o d i s a t l e a s t $ 7 , 4 0 0 , 0 0 0 a n n u a l l y f o r f i v e y e a r s . T h e p r i n c i p a l i n v e s t i g a t o r r e c o m m e n d s t h a t t h e i n - b a n k d e s i g n storm f o r u r b a n c o l l e c t o r streams b e m a i n t a i n e d a t t h e l o - y e a r l e v e l .

To a c h i e v e h i g h p e r f o r m a n c e g o a l s f o r u r b a n c o l l e c t o r s t r e a m s r e q u i r e s c o m p r e h e n s i v e t r e a t m e n t . C o n s i d e r a t i o n o f a d m i n i s t r a t i v e s t r u c t u r e f o r e f f i c i e n t c o m p r e h e n s i v e t r e a t m e n t l e a d s d i r e c t l y t o t h e c o n c e p t o f t h e s t o r m w a t e r u t i l i t y . T h e C i t y o f C h a r l o t t e s h o u l d c o n s i d e r f o r m i n g a s t o r m w a t e r u t i l i t y .

(20)

(21)

I . INTRODUCTION

B a c k g r o u n d

T h e C i t y o f C h a r l o t t e , s i m i l a r l y t o * o t h e r N o r t h C a r o l i n a c i t i e s , e x p e r i e n c e s c o n s i d e r a b l e d a m a g e a n d i n c o n v e n i e n c e a s s o c i a t e d w i t h w i t h t h e m i s b e h a v i o r o f u r b a n c o l l e c t o r s t r e a m s , t h e term u s e d h e r e t o d e s i g n a t e s t r e a m s h a v i n g w a t e r s h e d s o f s i z e s r a n g i n g f r o m 2 0 a c r e s t o a b o u t o n e s q u a r e m i l e . T h e m i s b e h a v i o r c o n s i s t s m a i n l y o f f l o o d i n g a n d s t r e a m b a n k d e g r a d a t i o n . W a t e r s h e d s s m a l l e r t h a n 2 0 a c r e s g e n e r a l l y a r e d r a i n e d b y s y s t e m s o f g u t t e r s , i n l e t s , p i p e s a n d s m a l l s w a l e s p r o v i d e d a t t h e t i m e o f d e v e l o p m e n t . S t r e a m s i n M e c k l e n b u r g C o u n t y a r e m a i n t a i n e d b y t h e C o u n t y i f t h e i r w a t e r s h e d s e x c e e d o n e s q u a r e m i l e . T h e C i t y E n g i n e e r i n g D e p a r t m e n t s e e k s t o

i n t e g r a t e t h e m a n a g e m e n t o f u r b a n c o l l e c t o r s t r e a m s w i t h t h e c o m p r e h e n s i v e stormwater management p r o g r a m s i n t h e C i t y .

O b j e c t i v e s

- -

o f t h e R e s e a r c h

T h e l o n g r a n g e g o a l o f t h e C i t y , t o w h i c h t h i s p r o j e c t i s d i r e c t e d , i s t o e s t a b l i s h a s t o r m w a t e r m a n a g e m e n t p r o g r a m f o r streams whose w a t e r s h e d s r a n g e f r o m 20 a c r e s t o o n e s q u a r e mile. T h e r e s e a r c h i s i n t e n d e d t o p r o v i d e i n f o r m a t i o n f o r C i t y o f f i c i a l s t o u s e i n a c c o m p l i s h i n g t h e g o a l . T h e s p e c i f i c r e s e a r c h o b j e c t i v e s are:

1. T o c h a r a c t e r i z e t h e b e h a v i o r o f t h e c u r r e n t s t r e a m s y s t e m a s t o l o c a t i o n , s e v e r i t y a n d c l a s s i f i c a t i o n o f p r o b l e m s i d e n t i f i e d t h r o u g h r e c o r d s o f c i t i z e n c o m p l a i n t s a n d e x c e s s i v e m a i n t e n a n c e e x p e n d i t u r e s .

2 . T o d e f i n e l e v e l s o f s e r v i c e a p p r o p r i a t e t o u r b a n c o l l e c t o r streams.

3 . T O d e f i n e a n a s s o r t m e n t o f f e a s i b l e p h y s i c a l t r e a t m e n t s t h a t may b e a p p l i e d t o v a r i o u s streams.

4 . To e s t i m a t e t h e m a g n i t u d e o f t h e i n v e s t m e n t r e q u i r e d t o b r i n g t h e s t r e a m s t o a p p r o p r i a t e l e v e l s o f s e r v i c e . 5. To c o n s i d e r a l t e r n a t e means o f f i n a n c i n g t h e management

p r o g r a m .

(22)

D e s c r i p t i o n o f E f f o r t

_-

The c o l l e c t o r - s t r e a m s y s t e m was c h a r a c t e r i z e d t o d e t e r m i n e t h e l o c a t i o n , n a t u r e , e x t e n t a n d p r o b a b l e c a u s e o f m i s b e h a v i o r which g e n e r a t e s c i t i z e n c o m p l a i n t s . S y s t e m a t i c r e c u r r e n c e s were a n a l y z e d a g a i n s t s t o r m d a t a a s a b a s i s f o r d e t e r m i n i n g c u r r e n t l e v e l s o f s e r v i c e .

C u r r e n t stormwater management o r d i n a n c e s and p o l i c i e s o f t h e C i t y were a n a l y z e d f o r e f f e c t i v e n e s s i n c o n t r o l 1 i n g a d v e r s e b e h a v i o r o f t h e s t r e a m s y s t e m . A s a p r o d u c t o f t h e r e s e a r c h , r e c o m m e n d a t i o n s were o f f e r e d f o r s p e c i f i c c h a n g e s .

T h e i d e a o f d e f i n i n g l e v e l s o f s e r v i c e f o r u r b a n c o l l e c t o r s t r e a m s was t e s t e d a s a b a s i s f o r a l l o c a t i n g r e s o u r c e s t o m a i n t e n a n c e and r e c o n s t r u c t i o n o f c h a n n e l s and f o r g a g i n g i m p a c t s o f f u t u r e d e v e l o p m e n t on e x i s t i n g s t r e a m n e t w o r k s .

~ p p r o p r i a t e p h y s i c a l t r e a t m e n t s f o r i m p r o v i n g l e v e l s o f s e r v i c e o f streams were a n a l y z e d f o r e f f e c t i v e n e s s i n i m p r o v i n g o b s e r v e d a d v e r s e b e h a v i o r o f C h a r l o t t e streams. The t r e a t m e n t s were c o l l e c t e d i n a s e t o f p r o c e d u r e s , c o m p u t e r i z e d i n p a r t , t h a t may b e u s e d e f f i c i e n t l y t o e s t i m a t e n e e d s a n d c o s t s t o r e s p o n d t o a g i v e n c o m p l a i n t o r t o a s s e s s d e v e l o p m e n t a l i m p a c t .

W i t h a s s i s t a n c e a n d g u i d a n c e o f t h e C i t y E n g i n e e r i n g D e p a r t m e n t , a p p r o p r i a t e l e v e l s o f s e r v i c e were d e f i n e d f o r a r e p r e s e n t a t i v e s a m p l e o f c o l l e c t o r s t r e a m s , a n d t h e c o s t f o r b r i n g i n g t h e c i t y w i d e stream s y s t e m a c c e p t a b l e p e r f o r m a n c e was b e e s t i m a t e d .

A l t e r n a t i v e a r r a n g e m e n t s w e r e o f f e r e d f o r f i n a n c i n g recommended i m p r o v e m e n t s o v e r a r e a l i s t i c p e r i o d o f t i m e . T h e s e i n c l u d e d p r o v i s i o n s for b r i n g i n g m i s b e h a v i n g streams u p t o par,

(23)

I1

.

LAYPERSON ' S DISCUSSION

T o d e a l w i t h u r b a n d r a i n a g e p r o b l e m s e f f e c t i v e l y , i t i s i m p o r t a n t t o u n d e r s t a n d how t h e s t r e a m s y s t e m s came t o b e i n t h e s h a p e i n w h i c h t h e y a r e f o u n d . T h e s t r e a m s t h a t d r a i n t h e l a n d i n t h e c i t y o f C h a r l o t t e h a v e e v o l v e d f o r many y e a r s f r o m b r a n c h e s a n d c r e e k s o f t h e w o o d s a n d f a r m s t h a t p r e c e d e d u r b a n d e v e l o p m e n t t o t h e d i t c h e s , p i p e s , b r a n c h e s and c r e e k s t h a t e x i s t t o d a y . T h i s s e c t i o n i s a b r i e f d i s c u s s i o n o f t h e h i s t o r i c a l d e v e l o p m e n t o f u r b a n s t r e a m s , c u r r e n t C h a r l o t t e p r a c t i c e s , and a n o r d e r e d s e t o f a l t e r n a t i v e s f o r i m p r o v e m e n t s i n s t o r m w a t e r management. Nore d e t a i l f o l l o w s i n t h e r e m a i n d e r o f t h e r e p o r t .

PROBLEM STATEMENT

Urban C o l l e c t o r S t r e a m s ~ e f i n e d

I n t h e p r o c e s s o f u r b a n i z a t i o n , s t o r m w a t e r m a n a g e m e n t p r a c t i c e h a s b e e n t o d e p e n d upon t h e o l d n a t u r a l stream s y s t e m t o c o n v e y water f r o m c o m m e r c i a l a r e a s and r e s i d e n t i a l n e i g h b o r h o o d s t o t h e s i g n i f i c a n t u r b a n s t r e a m s s u c h a s L i t t l e S u g a r C r e e k , B r i a r C r e e k , M c M u l l e n C r e e k and o t h e r s . The members o f t h e o l d n a t u r a l s t r e a m s y s t e m a r e t e r m e d i n t h i s p r o j e c t u r b a n c o l l e c t o r streams. Urban c o l l e c t o r streams a r e t h o s e h a v i n g o p e n c h a n n e l s d r a i n i n g w a t e r s h e d s o f l e s s t h a n o n e s q u a r e m i l e . heir b e h a v i o r and management a r e t h e c o n c e r n s o f t h e p r o j e c t .

U r b a n c o l l e c t o r s t r e a m s a r e s m a l l . E v e n o n e s o o l d a n d u n g a i n l y a s t h e p r i n c i p a l i n v e s t i g a t o r c a n l e a p o v e r m o s t o f them i n a s i n g l e b o u n d . T h e y w i n d t h r o u g h s i d e y a r d s a n d b a c k y a r d s a n d a l o n g p r o p e r t y l i n e s . M o s t a r e i n p r i v a t e o w n e r s h i p . To w a l k a l o n g s u c h a s t r e a m i s t o see a v a r i e t y o f a t t i t u d e s a n d t r e a t m e n t s . Here t h e s t r e a m i s a p a r t o f a g a r d e n , t h e r e i t a p p e a r s a s a s t o n y brook. E l s e w h e r e i t is s c r e e n e d f r o m v i e w by a h e d g e o r f e n c e . Most p l a c e s i t i s s i m p l y n e g l e c t e d . I t grows u p i n w e e d s , b e c o m e s e r o d e d , a n d b e c o m e s c l o g g e d w i t h d e b r i s . Where e r o s i o n t h r e a t e n s , i t i s t r e a t e d e x p e d i e n t l y w i t h m a t e r i a l s a t hand: w a s t e c o n c r e t e , s t o n e , c o n c r e t e b l o c k s , f e n c i n g and t h e l i k e . I t i s f r e q u e n t l y t h e s i n k f o r u r b a n r e f u s e : t i r e s , s h o p p i n g c a r t s , 1 i t t e r , l e a v e s , g a r b a g e b a g s , d i s c a r d e d a p p l i a n c e s .

H i s t o r i c a l p e r s p e c t i v e

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o f W a t e r s h e d D e v e l o p m e n t

(24)

t h e s t e e p e r s l o p e s . T h e r e were a f e w f a r m d w e l l i n g s a n d o u t b u i l d i n g s i n t h e w a t e r s h e d . T h e d i r t r o a d s f o l l o w e d t h e r i d g e s t o a v o i d a s much a s p o s s i b l e t h e n e c e s s i t y o f b r i d g e s .

I n a n e a r l y n a t u r a l w a t e r s h e d , i t c a n b e s h o w n t h a t s t r e a m c h a n n e l s e v o l v e s u c h t h a t t h e i r c a p a c i t i e s a t b a n k f u l l a r e a p p r o x i m a t e l y e q u a l t o t h e two-year f l o o d . The t w o - y e a r f l o o d i s t h a t d i s c h a r g e , o r r a t e o f f l o w , t h a t is e q u a l e d o r e x c e e d e d , on t h e a v e r a g e , o n c e i n a two-year p e r i o d . About e v e r y o t h e r y e a r , a n a t u r a l stream is f l o o d e d beyond i t s b a n k s .

A s C h a r l o t t e g r e w , more r o a d s , some of w h i c h were p a v e d , were c u t t h r o u g h t h e a r e a i n a s p i d e r - w e b p a t t e r n r a d i a t i n g o u t w a r d f r o m c e n t r a l C h a r l o t t e . More b u i l d i n g s a p p e a r e d i n t h e w a t e r s h e d . T i m b e r b r i d g e s were b u i l t a t s t r e a m c r o s s i n g s . ~ y p i c a l l y , a c o u n t r y - r o a d b r i d g e was b u i l t by p l a c i n g a f i l l on b o t h s i d e s o f t h e b r i d g e t o m i n i m i z e t h e s p a n o f t h e b r i d g e . The s m a l l o p e n i n g l e f t f o r s t r e a m f l o w was a c o n s t r i c t i o n t h a t w o u l d h o l d b a c k water u p s t r e a m i n l a r g e f l o o d s , b u t i t was l i k e l y t h a t t h e r e w a s n o t h i n g u p s t r e a m t o b e a d v e r s e l y a f f e c t e d . T a k e n t o g e t h e r , t h e s y s t e m of s h o r t - s p a n t i m b e r b r i d g e s and s m a l l - p i p e c u l v e r t s seem t o h a v e a c t e d i n a d v e r t e n t l y a s a f l o o d c o n t r o l s y s t e m , h o l d i n g b a c k f l o o d w a t e r s t e m p o r a r i l y i n t h e u p l a n d s and c a u s i n g water t o f l o w less d e e p i n t h e l o w l a n d s .

A t some p o i n t , p e r h a p s i n t h e l a t e f i f t i e s o r e a r l y s i x t i e s i n t h e h y p o t h e t i c a l w a t e r s h e d , i t became t h e norm t o d e v e l o p l a n d i n m o d e r a t e l y d e n s e h o u s i n g d e v e l o p m e n t s . R o o f t o p s , d r i v e w a y s , r e s i d e n t i a l s t r e e t s and l a w n s a 1 lowed l e s s i n £ i l t r a t i o n o f r a i n w a t e r ; s o , s t o r m b y s t o r m , more s t r e a m f l o w was s e n t down t o t h e s t r e a m s y s t e m more r a p i d l y i n p i p e s i n s t a l l e d w h e r e s m a l l swales u s e d t o b e . I t w a s t h e p r a c t i c e , a n d i t r e m a i n s so, t h a t t h e s y s t e m o f i n l e t s and p i p e s i n s t a l l e d i n a d e v e l o p m e n t c o n v e y e d s t o r m w a t e r t o t h e n e a r e s t e x i s t i n g b r a n c h , o r stream. T h e

s t r e a m was v i e w e d a s t h e n a t u r a l r e c e p t o r f o r storm d r a i n a g e , and l i k e l y i t was assumed t h a t n o t h i n g f u r t h e r was n e e d e d i n t h e way o f stormwater c o n s t r u c t i o n . A s t r a f f i c v o l u m e s g r e w , n a r r o w o l d t i m b e r b r i d g e s were r e p l a c e d by w i d e mu1 t i - b a r r e l box c u l v e r t s w h i c h were n o t o n l y more e f f i c i e n t f o r t r a f f i c , b u t were more e f f i c i e n t h y d r a u l i c a l l y a s w e l l . F l o o d w a t e r t h a t f o r m e r l y w a s h e l d b a c k , p e r h a p s i n a b a s e m e n t t h a t was b u i l t too c l o s e t o t h e c r e e k , w a s r e l e a s e d . F r o m t h e d o w n s t r e a m p o i n t of v i e w , t h e f l o o d w a t e r d e t e n t i o n p r o v i d e c ? by t h e c o n s t r i c t i v e t i m b e r b r i d g e

was l o s t .

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~ o t i c e i n F i g u r e s 11-1, 2 a n d 3 , t h e h i s t o r i c a l t r e n d s o f f l o o d s i n C h a r l o t t e . T h e d a t a o n w h i c h t h e t r e n d c o m p u t a t i o n s a r e b a s e d a r e t a k e n from s t r e a m g a g e s o f U.S. G e o l o g i c a l S u r v e y , and t h e stream g a g i n g p r o g r a m i s s u p p o r t e d i n p a r t by t h e C i t y o f C h a r l o t t e .

The w a t e r s h e d o f L i t t l e S u g a r C r e e k h a s T r y o n S t r e e t a s i t s w e s t e r n r i d g e and T y v o l a Rd. ( l a t e r A r c h d a l e D r . ) a s i t s o u t l e t . D u r i n g t h e g a g i n g r e c o r d , b e g u n i n 1 9 2 4 , much o f t h e 4 3 - s q u a r e - m i l e w a t e r s h e d w a s u r b a n i z e d , p a r t i c u l a r l y t h e e a s t e r n h a l f . The t r e n d ( F i g u r e 11-1) s h o w s t h a t i n t h e e a r l y p a r t o f t h e r e c o r d f l o o d s b e c a m e l e s s s e v e r e , b u t s i n c e t h e e a r l y 1 9 5 0 s t h e y h a v e b e e n i n c r e a s i n g .

T h e f l o o d s a t t h e g a g e o n I r w i n C r e e k ( F i g u r e 1 1 - 2 ) , i n t h e w e s t e r n p a r t o f t h e C i t y , s h o w a m i l d i n c r e a s e i n t h e t w e n t y y e a r s s t u d i e d .

T h e t r e n d o f f l o o d s o n M c M u l l e n C r e e k a t S h a r o n V i e w Road ( F i g u r e 1 1 - 3 ) a p p e a r s t o b e more d e f i n i t e i n i t s r i s e . I t i s i m p o r t a n t t o n o t e t h a t u r b a n i z a t i o n t h a t h a s t a k e n p l a c e i n t h i s w a t e r s h e d o v e r t h e l a s t t w e n t y y e a r s h a s b e e n p r e d o m i n a n t l y o f s i n g l e - f a m i l y r e s i d e n t i a l c o m p o s i t i o n .

T h e s e t r e n d c o m p u t a t i o n s s h o u l d be u s e d a s i n d i c a t o r s , b u t n o t q u a n t i f i e r s , o f t h e e f f e c t s o f u r b a n i z a t i o n . T h e y e a r - t o - y e a r v a r i a t i o n i n storm i n t e n s i t y and t h e s h o r t n e s s o f t h e r e c o r d l i m i t t h e p r e c i s i o n o f t h e e s t i m a t e .

Time-Honored S t r a t e g i e s

One c a n o b s e r v e f o u r d i s t i n c t s t r a t e g i e s t h a t p e o p l e h a v e u s e d t o a d d r e s s t h e p r o b l e m s a s s o c i a t e d w i t h s t r e a m s . They s t a y w e l l away f r o m t h e c r e e k . O r t h e y make t h e c h a n n e l b i g g e r . O r

t h e y make t h e f l o o d s m a l l e r . O r t h e y t o l e r a t e p e r i o d i c f l o o d i n g . T h e f i r s t t h r e e , a n d p e r h a p s a 1 1 f o u r , a r e e v i d e n t i n t h e e x i s t i n g o r d i n a n c e s and p o l i c i e s o f t h e C i t y o f C h a r l o t t e . T h e f l o o d - p l a i n o r d i n a n c e p r o h i b i t s d e v e l o p m e n t w i t h i n t h e f l o o d - p r o n e a r e a a l o n g t h e s t r e a m . The C i t y w o r k s i n a v a r i e t y o f ways t o i n c r e a s e t h e c a p a c i t y of s o m e s t r e a m s a n d w a t e r c o u r s e s : i n c h a n n e l i z a t i o n p r o j e c t s , i n t h e s t o r m - d r a i n a g e r e p a i r p o l i c y , and i n c u l v e r t e n l a r g e m e n t p r o j e c t s . T h e d e t e n t i o n r e q u i r e m e n t i s i n t e n d e d t o o f f s e t t h e i n c r e a s e s i n f l o o d p e a k s a s s o c i a t e d w i t h s i t e d e v e l o p m e n t .

(26)