Lecture - A2 Water Feature Materials

Page 1 11/9/2015 Lecture ­ A2 Water Feature Materials http://ocmoodle.oldscollege.ca/mod/book/tool/print/index.php?id=143017 1/26 Lecture ­ A2 Water Feature Materials Site: Olds College Online Course: LSGR 306 ­ Landscape Construction II (Warke 2015) Book: Lecture ­ A2 Water Feature Materials Printed by: Annalise Layden Date: Monday, 9 November 2015, 9:12 AM Page 2 11/9/2015 Lecture ­ A2 Water Feature Materials http://ocmoodle.oldscollege.ca/mod/book/tool/print/index.php?id=143017 2/26 Table of contents Introduction Kinds of Ponds Earth Ponds (Earth Features) Flexible Liner Ponds Flexible Liner Ponds ­ Liner Material Preformed Ponds Concrete Ponds Summary of Pond Characteristics Features with Moving Water Waterfalls and Streams Pondless Waterfalls Bubbling Rocks Fountains Equipment for Water Features Pumps Filtration Systems Heaters Review Questions Summary References What's Next? Page 3 11/9/2015 Lecture ­ A2 Water Feature Materials http://ocmoodle.oldscollege.ca/mod/book/tool/print/index.php?id=143017 3/26 Introduction A water feature can be as simple as a container dug into the soil, or a complex as a series of ponds linked by streams and waterfalls.  Every water feature must be watertight, and be deep enough to support aquatic plant and perhaps animal life.   Once these basic needs have been satisfied, water features can be constructed from a broad range of materials, in any conceivable shape or size.  Learning Outcomes After you have completed this module, you will be able to: Describe selected kinds of ponds, Compare selected pond liners, Describe selected features employing moving water, and Outline the purpose and selection of equipment used in water feature systems Learning Activities Review Questions for Water Feature Materials Note: Module reviews make up 10% of the course grade, and are part of the Assignment Category on the course outline. Their purpose is to provide you with review to enhance your learning and practice in preparation for the final examination. Page 4 11/9/2015 Lecture ­ A2 Water Feature Materials http://ocmoodle.oldscollege.ca/mod/book/tool/print/index.php?id=143017 4/26 Kinds of Ponds Although water features will be created in a variety of shapes and sizes, their structure will have a defined edge, a series of shelves, or ledges for marginal plants, and a deep area for water lilies.  A biofalls waterfall starter may be incorporated as well as a skimming unit to help remove floating organic debris. Page 5 11/9/2015 Lecture ­ A2 Water Feature Materials http://ocmoodle.oldscollege.ca/mod/book/tool/print/index.php?id=143017 5/26 Earth Ponds (Earth Features) If the construction site has good clay subsoil and natural water feed, such as a spring, an earth pond is a great choice. If there is space for a large earth feature, it can be used for recreational purposes such as swimming, canoeing, raising trout in summer and skating in the winter. Earth ponds do not use a commercial liner, but rely on the natural water holding capabilities of the clay subsoil to reduce water loss through infiltration and percolation.   The clay subsoil is puddled to create a natural lining. Puddling simply means compacting the clay to completely force the air out of it, leaving a densely packed material, which forms a watertight barrier. This used to be achieved by herding sheep backwards and forwards over the clay.  Now a vibrating plate tamper can do the work of many sheep in a small amount of time. Drainage patterns must be respected if an earth feature is going to work.  A steady water source is crucial to keep the water level consistent.  Once the clay has been shaped and puddled, a 4 cm. layer of topsoil soil will provide a good start for plant and animal life.  Figure 1.  Clay ponds can be used for recreation in all seasons.  Some may call this a dugout. (CDK Structures, Ltd., 2009) Page 6 11/9/2015 Lecture ­ A2 Water Feature Materials http://ocmoodle.oldscollege.ca/mod/book/tool/print/index.php?id=143017 6/26 Flexible Liner Ponds Flexible liners have become the most popular material for water feature construction. When it comes to construction, these ponds offer several advantages.  The liner material easily conforms to virtually any shape, allowing the greatest flexibility in water feature design.  This makes flexible liners the easiest pond material to install.  Any minor variation in the level at the features edge can be easily corrected after installation by packing clay under a low spot or removing excess soil from a high spot. The top edge can be finished with a variety of materials to suit the style of the pond and surrounding landscape. Figure 2.   Cut away showing liner pond construction.  Note the skimmer and biofalls.  (Acadian Aquatic Systems, 2015) Flexible liners are relatively easy and inexpensive to repair. The greatest challenge will be to find the hole!  Flexible liners vary in price and performance, but are the most economical method of pond construction.  They do, however require extra vigilance during installation.  The liner’s principle advantage of conforming to the shape of the excavation will become a disadvantage if the soil walls slump due to poor soil conditions.  Sharp implements or stones can also puncture a flexible liner. Page 7 11/9/2015 Lecture ­ A2 Water Feature Materials http://ocmoodle.oldscollege.ca/mod/book/tool/print/index.php?id=143017 7/26 Flexible Liner Ponds ­ Liner Material There are three types of liner material, available in virtually any size. Many retailers offer small and medium sized precuts, ready to take off the shelf.  Butyl Rubber (isobutylene with isopropylene) ­ Isobutylene Isoprene Rubber, butyl for short, is a synthetic rubber that is quite common in everyday products that require a waterproof bladder. Examples of products that make use of butyl include tire inner tubes, caulks and sealants, cling wrap and even chewing gum. An advantage of butyl, when used as a pond liner, is the ease at which smaller, flat sheets can be welded together to create virtually any 3D shape. This process is known as box­welding (Environmental Expert, 2015) PVC (poly vinyl chloride) ­ This product is made from durable fish grade PVC. PVC liners  (Colorado Lining International, n.d.) should contain ultraviolet (UV) stabilizers that help protect the liner from breaking down in sunlight. However, even with this protection, PVC pond liners can deteriorate within 2­3 years when left exposed to direct sunlight. You can greatly extend the life of PVC pond liners by covering the liner above water level. EPDM (Ethylene Propylene Diene Monomer) ­ EPDM pond liners have become most popular choice among pond builders.  EPDM liners are flat sheets. When conforming to a 3D shape like a pond, there will be folds or pleats present. These can be hidden with plants and rocks. While these liners cannot be welded like butyl liners, seams can be taped with heavy­duty butyl tape, making the seams fully waterproof. However, this is not always successful.  To avoid problems, purchase EPDM pond liner in a single piece large enough to line your entire pond without any seams.  This should not be an issue, as EPDM is available in many different sizes and shapes. Better still, in the planning stage, design the pond to fit to a size available so that you project will not require seaming.  When you do this you will find it can take less experience and equipment to effectively line a pond with EPDM. Do not use EPDM liners that are designed for roofing; you must use “fish safe” pond liners.  EPDM is well suited to our often­harsh prairie climate, as it is made from synthetic compounds that keep the material flexible to ­70 degrees celsius even years after its installation.  Most EPDM liners come with a limited 20­year warranty.   Always check with your supplier for warranty details. Page 8 11/9/2015 Lecture ­ A2 Water Feature Materials http://ocmoodle.oldscollege.ca/mod/book/tool/print/index.php?id=143017 8/26 Preformed Ponds Preformed or moulded ponds are a good choice for small urban landscapes, as they are durable and can be repaired if punctured.  The hole for a preformed pond can be excavated in a few hours without large power equipment.  Manufactured from polyethylene, or fiberglass, preformed ponds are available in a variety of shapes and sizes.  For informal settings there are freeform, and kidney shapes complete with shelves for marginal and emergent plants. Rectangular, octagonal, circular or L shapes for are available for formal applications.  In our prairie climate, polyethylene tends to stand up better than fibreglass.  However, both are relatively durable and most importantly, are resistant to the damaging effects of ultraviolet (UV) light.  The life expectancy of superior preformed polyethylene is twenty years, while a fibreglass unit should last fifteen to twenty years.  Fibreglass however, is more brittle and prone to pressure damage from freeze/thaw cycles and ice.  When choosing a preformed pond, beware, as their size can be deceptive.  They look quite large when resting in sales displays, but seem to shrink once they are installed in the landscape.  If a single preformed pond is too small for the design, consider installing two, with a stream connecting them.  Most manufacturers sell preformed waterfall units to compliment the preformed ponds. Page 9 11/9/2015 Lecture ­ A2 Water Feature Materials http://ocmoodle.oldscollege.ca/mod/book/tool/print/index.php?id=143017 9/26 Figure 3.   40 gallon preformed pond liner (Home Depot, 2015) Page 10 11/9/2015 Lecture ­ A2 Water Feature Materials http://ocmoodle.oldscollege.ca/mod/book/tool/print/index.php?id=143017 10/26 Concrete Ponds The use of concrete for pond construction has rapidly declined with the advent of durable, flexible synthetic materials. The complexities of working with concrete necessitate the services of a professional concrete contractor, increasing the cost of construction.  It is difficult to create natural shapes for informal designs with concrete forms; formal designs are the best choice if you are considering a concrete installation.  Concrete becomes very rigid once set. It will not flex like the other water feature linings, and is prone to damage as the ground shifts during freeze/thaw cycles.  Once cracked, concrete installations are difficult to return to a watertight state.  A concrete water feature will need to be treated and repeatedly filled and drained to leach damaging chemicals. This process is called “curing the pond”. If you are considering a concrete water feature and will be adding fish, curing your pond is a necessity.  There are numerous methods to “cure” your pond and it is best that you research and choose the one that best suits your specific conditions. Figure 4.   Forming a concrete pond.  (Koi Acres, n.d.) Page 11 11/9/2015 Lecture ­ A2 Water Feature Materials http://ocmoodle.oldscollege.ca/mod/book/tool/print/index.php?id=143017 11/26 Summary of Pond Characteristics With the available choices in kinds of ponds, it is possible to select the type of feature that is matched to your budget, and level of design, installation and maintenance expertise. Table 1. Summary of Pond Characteristics Page 12 11/9/2015 Lecture ­ A2 Water Feature Materials http://ocmoodle.oldscollege.ca/mod/book/tool/print/index.php?id=143017 12/26 Features with Moving Water Incorporating moving water into the water feature adds aesthetic and practical benefits. Depending on its volume and speed, the movement can create a sense of calm or excitement.   Water cascading from a fountain, over a waterfall or meandering down a gentle stream is a delight to both the eye and the ear. Apart from their aesthetic beauty, fountains, waterfalls and streams help to aerate the water in the water feature.  As a moving water element tends to dominate the garden, it is essential that garden and feature designs are complimentary. As an example, in nature you won't find a fountain spewing water into the air, other than a geyser.  To remain complementary, fountains should only be used in a formally styled water feature.  A fountain looks out of place in an informal water feature.   Streams spilling into formally styled features should appear architectural with curved lines and sharp angles.  Conversely, a stream flowing into an informally styled feature should reflect the irregular shapes and lines of nature. Page 13 11/9/2015 Lecture ­ A2 Water Feature Materials http://ocmoodle.oldscollege.ca/mod/book/tool/print/index.php?id=143017 13/26 Waterfalls and Streams Waterfalls and streams must be carefully planned and constructed to prevent spillage or leaking, reduce the impact of evaporation, and create ideal conditions for aquatic plants.  Moving water, and water flowing over numerous rocks, is subject to high rates of evaporation. Keeping streams in scale with the overall installation should help to reduce constant “topping up” of the water feature, due to evaporation.  Figure 5.   Cascading waterfalls and stream.  (Berkey Supplies, 2013) Waterlilies thrive in still water, so if you want these aquatic plants the volume of your waterfall and your planting strategy will have to be adjusted to reduce the velocity of a waterfall as it flows into the main pond.  Consider construction of a large, separate basin just a few centimeters above the main pond’s water level.  Similarly, the volume of water produced by fountains or streams may have to be restricted and they will need to be positioned well away from still­water plants. Waterfalls and stream units can be purchased or may be constructed from natural materials laid over a flexible liner.  Preformed units are constructed from the same synthetics as performed ponds, and are durable in the prairie climate.  An advantage of these units is that the engineering has been done for you.  With proper installation and the correct volume of water, they will function nicely.  The drawback of preformed units includes their expense, a limited range of styles and sizes, and an artificial appearance that is often difficult to camouflage with plantings or natural materials. Waterfalls or streams constructed from flexible liners made from butyl or EPDM are very durable, and afford the greatest opportunity for informal designs that approximate the work of nature. However, they require thoughtful planning and attention to details during the construction process in order to avoid spillage or leakage. Ideally, a waterfall will be designed as a series of small pools linked by cascading water. Page 14 11/9/2015 Lecture ­ A2 Water Feature Materials http://ocmoodle.oldscollege.ca/mod/book/tool/print/index.php?id=143017 14/26 Designing a stream presents special challenges.  For example, if a stream starts at the top of a berm, it will look unnatural, so it is preferable for a stream to connect two or more ponds through a gradual series of meanders.  The size of ponds and the capacity of the stream and capacity of the pump must be balanced to prevent flooding the lower pond while leaving an inadequate supply of water in the upper pond once the pump is turned off. Page 15 11/9/2015 Lecture ­ A2 Water Feature Materials http://ocmoodle.oldscollege.ca/mod/book/tool/print/index.php?id=143017 15/26 Pondless Waterfalls If space is lacking in your yard, or you have safety concerns with a pond, a pondless waterfall is a great choice. A pondless waterfall installation isn't for everyone, but it can be a great alternative if you are not sure if a pond is right for your design. The system re­ circulates water, creating a waterfall and/or stream without the presence of a pond. You get the sight and sound of running water without the maintenance or liability of a pond. Read the information on the Filtrific Pondless Waterfall System to learn how this type of water feature can eliminate problems and work associated with traditional features (Van Isle Water, 2013).  There are numerous choices available for purchase, so you can choose the option best suited to your installation.  See the series of examples captured in this pondless waterfall gallery (Blue Thumb, 2015). Page 16 11/9/2015 Lecture ­ A2 Water Feature Materials http://ocmoodle.oldscollege.ca/mod/book/tool/print/index.php?id=143017 16/26 Bubbling Rocks A bubbling rock installation is a fast and relatively easy water feature to install. They are available in a variety of sizes and options.  Bubbling rock installations can be made from natural stone. They are also made by coring out stone to allow water to pass through the centre, creating the illusion of water bubbling through the centre of the rock. Figure 6.  Basalt columns have become very popular for use as bubbling rocks. (Stonewood Design Group, 2015) Page 17 11/9/2015 Lecture ­ A2 Water Feature Materials http://ocmoodle.oldscollege.ca/mod/book/tool/print/index.php?id=143017 17/26 Fountains Fountains are available in a range of styles and materials.  They are easy to install but care must be taken to match their output needs to the volume of your pump to achieve the desired effect.  Seek professional advice to determine the pump capacity that best suits your fountain.  Fountains blend well with formally styled water features, but not with a naturally shaped informal water features. Remember, your goal is to mimic nature with an informal styled water feature and  fountains do not occur in nature, other than as geysers.  In the formal landscape, fountains can be used to create numerous shapes in the flow of the fountain.  Water bells, single daisies, double daisies, foaming jets, three tiered, and tulip shapes are just a few of the shapes produced by fountain kits. Some manufacturers include a number of interchangeable jets (Atlantic Water Gardens,2015) that provide different patterns, depending on your desired effects.  Keep in mind that small or fine jets of water will be lost in a large landscape setting.  Small nozzles also have a tendency to clog with debris also.  Geyser jets, which provide large, continuously changing columns of foaming water, are not as prone to clogging but can be disrupted in windy conditions.  Ornamental fountains are available in an extensive variety of styles to compliment any formal water feature.  Frogs, rabbits and lionheads are common examples, but gargoyles, multilevel bowls and classic or contemporary sculptures are also available.  Here is a link to Atlantic Water Gardens fountain section (2015). Review it for an overview of the kinds of product available. Page 18 11/9/2015 Lecture ­ A2 Water Feature Materials http://ocmoodle.oldscollege.ca/mod/book/tool/print/index.php?id=143017 18/26 Equipment for Water Features Depending on the type of feature, you will need to add some of the following types of equipment to your system.  There is a vast array of choices to create a variety of effects.  A pump is the heart of a water feature and some pumps can be left in the water feature year round without damage from freezing.  If you are planning on having Koi in a pond, a filtration system will be a necessity.   A natural looking water feature without Koi will utilize skimmers and biofalls for filtration. Page 19 11/9/2015 Lecture ­ A2 Water Feature Materials http://ocmoodle.oldscollege.ca/mod/book/tool/print/index.php?id=143017 19/26 Pumps Modern compact submersible pumps are affordable, easy to install and maintain, and now some can be left in the feature to freeze solid with out harm to the pump.  Performance is measured in the quantity of U.S. gallons moved per hour and the maximum number of feet the water can be lifted.  Maximum lift, also known as “head”, is the greatest height that the pump can lift the water, as the height that water lifted increases the output in gallons per hour will decrease.  As a rule of thumb , you should move at least twice the volume of your water feature per hour.  Purchase the pump with greater output that you believe you will need. This allows the addition of a diverter once the water feature has been completed. The addition of a diverter enables splitting the pump’s output to create a starting point of the water feature (e.g. one to a biofalls and one to a stream).  If you find the pump is producing too much flow, the output can be restricted with a ball valve. Never restrict the intake to reduce flow.  When planning for the placement of the pump, remember that access to a 110 volt GFCI (Ground Fault Circuit Interrupter) outlet is required.  Review this additional information on ground fault circuit interrupters (CarsonDunlop, 2015). Page 20 11/9/2015 Lecture ­ A2 Water Feature Materials http://ocmoodle.oldscollege.ca/mod/book/tool/print/index.php?id=143017 20/26 Filtration Systems Filtration systems may be added to help with water clarity.  They work to remove or reduce the amount of algae in the water and some also function to collect debris and dirt. Mechanical Filters ­ Mechanical filters simply trap unwanted algae and debris as it is pushed through a filtering agent, this type of filter is effective but requires a great amount of regular maintenance.  Active and Passive Biological Filters ­ Pond skimmers and Biofalls (the active filters) move water through filter media. In addition, the water is “seeded” with beneficial bacteria whose food source is the found in the water. These bacteria are referred to as passive biological filters. These two systems work in tandem, and are very effective while being easy to disguise or hide, which helps your pond retain a natural look. Pond skimmers pull water from the feature into a unit, which collects debris and dirt from the surface of the water, helping to keep your pond clean. Skimmers house the pond pump, and contain filter media to help clean the water. The filter media also provides a large surface area that is colonized by beneficial bacteria.    These bacteria use the nutrients in the water as their food source.  As these beneficial bacteria are much more efficient than algae, they are a great help in keeping the water feature clear of unsightly algae blooms.  Review the examples and specifications of one company's skimmers (Atlantic Water Gardens, 2015). The water is then moved to the biofalls through a series of hoses where a second set of artificial media is waiting to filter the water again, and additional beneficial bacteria continue to use the nutrients in the water as their food source.  Biofalls provide complete active and biological filtration. Easy to install and maintain, they normally require cleaning only one time per year.   The filters can be buried in the ground to create the beginning of a stream or raised to create the start of a waterfall.  While different companies refer to these units with different names, they all have the same purpose and outcome. See the FilterFalls that Atlantic Water Gardens (2015) sells to complement their skimmers.  These are similar to those sold by other companies. Page 21 11/9/2015 Lecture ­ A2 Water Feature Materials http://ocmoodle.oldscollege.ca/mod/book/tool/print/index.php?id=143017 21/26 Heaters Some people install a small floating heater to aid in overwintering fish.  Most of these units have a thermostat that activates the heating element at a few degrees above freezing. This will keep a small area ice free, allowing the exchange of carbon dioxide for oxygen, a necessity if there are fish overwintering in the feature. Page 22 11/9/2015 Lecture ­ A2 Water Feature Materials http://ocmoodle.oldscollege.ca/mod/book/tool/print/index.php?id=143017 22/26 Review Questions Complete the Review Questions for this Module. Page 23 11/9/2015 Lecture ­ A2 Water Feature Materials http://ocmoodle.oldscollege.ca/mod/book/tool/print/index.php?id=143017 23/26 Summary This module has introduced you to the various options for constructing a water feature, be it large or small.  From the choices for lining the water feature to pump considerations and filtration systems, a water feature has many parts and decisions to be made. Page 24 11/9/2015 Lecture ­ A2 Water Feature Materials http://ocmoodle.oldscollege.ca/mod/book/tool/print/index.php?id=143017 24/26 References Acadian Acquatic Systems (2015).Pond kits, pondless waterfalls and water gardend.  Retrieved from http://www.acadianaquaticsystems.ca/watergarden­small­ponds.html Atlantic Water Gardens (2015). Interchangeable jets. Retrieved from http://www.atlanticfountains.com/spray_patterns.htm Atlantic Water Gardens (2015).Fountain products.  Retrieved from http://www.atlanticwatergardens.com/products/categories/fountain­products Atlantic Water Gardens (2015).  Skimmers.  Retrieved from (http://www.atlanticwatergardens.com/products/categories/water­ gardening­products/skimmers Atlantic Water Gardens (2015).  FilterFalls. Retrieved from http://www.atlanticwatergardens.com/products/categories/water­ gardening­products/filterfalls    Berkey Supply (2013). Berkey Water Feature Systems.  Retrieved from http://www.berkeysupply.com/ Blue Thumb (2015). Pondless Waterfalls.  Retrieved from http://bluethumbponds.com/pond­less­waterfalls.html CDK Structures, Inc.  (2009). Ponds.  Retrieved from http://www.cdkstructures.net/uploads/images/ponds/2.jpg Carson Dunlop (2015). Ground fault circuit interrupters.  Retrieved from http://www.carsondunlop.com/resources/articles/ground­ fault­circuit­interrupters­gfci/ Colorado Linining International (n.d.).  PVC Geomembranes.  Retrieved from http://www.coloradolining.com/products/pvc.htm  Environmental Expert (2015).  Rubber pond liners.  Retrieved from http://www.environmental­expert.com/water­wastewater/pond­ management/products/location­canada/?keyword=rubber+pond+liners   Graystone Creations (n.d.).  Flexible Liners.   Retrieved from http://www.graystonecreations.com/EPDM­Firestone­PondGard­ Flexible­Pond­Liner­Accessories_c_95.html?gclid=Cj0KEQjw9o­ vBRCO0OLi2PfPkI8BEiQA8pdF4IwppSA8bvjzufEO2qoX1QPir7NviamCE2l1ugJXfXkaAqnz8P8HAQ   Home Depot (2015). Pro Site ­ 40 Gal. Preformed Pond Liner  Retrieved from http://www.homedepot.com/p/Unbranded­40­Gal­ Preformed­Pond­Liner­UWPFP40/202019935 Koi Acres (n.d.) Koi Pond Construction.  Retrieved from http://www.koiacres.com/pond­construction.html Page 25 11/9/2015 Lecture ­ A2 Water Feature Materials http://ocmoodle.oldscollege.ca/mod/book/tool/print/index.php?id=143017 25/26 Stonewood Design Group (2015). Basalt rock fountains. Retrieved from http://www.stonewooddesigngroup.com/galleries/water­ features­gallery Van Isle Water, (2013). 5 problems solved by Filtrific’s Ponsless Water Feature System.  Retrieved from http://www.vanislewater.com/lp/5­problems­solved­filtrifics­pondless­water­feature­system Page 26 11/9/2015 Lecture ­ A2 Water Feature Materials http://ocmoodle.oldscollege.ca/mod/book/tool/print/index.php?id=143017 26/26 What's Next? In the next module construction techniques and step­by­step directions will guide you through water feature construction.